Las válvulas de seguridad son válvulas automáticas que liberan sustancias (como gas, vapor o líquido) de una caldera, recipiente a presión u otro sistema cuando la presión o la temperatura excede los límites preestablecidos. Están diseñados para abrirse a una presión y temperatura específicas para garantizar la seguridad y evitar posibles accidentes o fallas del equipo.
La función principal de una válvula de seguridad es mantener la presión dentro de límites seguros para evitar daños al equipo o fallas catastróficas.
Son vitales para la seguridad del personal operativo y para prevenir posibles peligros asociados con la sobrepresión.
En muchas industrias, los organismos reguladores exigen válvulas de seguridad para garantizar el funcionamiento seguro y confiable de los sistemas de presión.
Las válvulas de seguridad convencionales están definidas en varias normas y una característica común entre ellas es que sus características operativas están influenciadas por la contrapresión en el sistema de descarga. Es importante reconocer que la contrapresión total comprende dos componentes: contrapresión superpuesta y contrapresión acumulada.
La contrapresión superpuesta se refiere a la presión estática presente en el lado de salida cuando una válvula está cerrada. Por otro lado, la contrapresión acumulada representa la presión adicional generada en el lado de salida durante la descarga de la válvula. En el caso de una válvula de seguridad convencional, sólo la contrapresión aplicada influye en las características de apertura y en el valor ajustado. Sin embargo, la contrapresión combinada modifica las características de purga y el valor de reasentamiento.
Según la norma ASME/ANSI, las válvulas convencionales se clasifican además por tener una carcasa de resorte que tiene ventilación hacia el lado de descarga de la válvula. Si, en cambio, la carcasa del resorte se ventila a la atmósfera, cualquier contrapresión superpuesta seguirá afectando las características operativas. Esta distinción se puede observar en la Figura 9.2.1, que muestra diagramas esquemáticos de válvulas con carcasas de resorte ventiladas hacia el lado de descarga de la válvula y la atmósfera.
Se encuentra disponible una amplia variedad de válvulas de seguridad para cumplir con los diversos requisitos y criterios de rendimiento de diferentes industrias. Además, las normas nacionales establecen varios tipos distintos de válvulas de seguridad.
La norma ASME I y la norma ASME VIII se refieren a aplicaciones que involucran calderas y recipientes a presión, mientras que la norma ASME/ANSI PTC 25.3 se refiere a válvulas de seguridad y válvulas de alivio. Estas normas no sólo describen las características de rendimiento sino que también definen los distintos tipos de válvulas de seguridad empleadas.
Una válvula ASME I es una válvula de alivio de seguridad que cumple con las especificaciones descritas en la Sección I del código de recipientes a presión ASME para aplicaciones de calderas. Esta válvula está diseñada para abrirse cuando la presión supera el 3% del nivel predeterminado y cerrarse cuando cae dentro del 4%. Por lo general, incluye dos anillos de purga y puede identificarse por la presencia de un sello en forma de "V" emitido por la Junta Nacional.
Por otro lado, una válvula ASME VIII es una válvula de alivio de seguridad que cumple con los requisitos especificados en la Sección VIII del código de recipientes a presión ASME para aplicaciones de recipientes a presión. Esta válvula se abre cuando la presión supera el 10% del nivel predeterminado y se cierra cuando cae dentro del 7%. Se identifica por la presencia de un sello 'UV' emitido por la Junta Nacional.
Al considerar las fuerzas que actúan sobre el disco, específicamente el área AD, resulta evidente que la fuerza necesaria para iniciar la apertura (que es igual al producto de la presión de entrada PV y el área de la boquilla AN) es una combinación de la fuerza del resorte FS y la fuerza resultante de la contrapresión PB en la parte superior e inferior del disco. Si examinamos el escenario donde se ventila una carcasa de resorte hacia el lado de descarga de la válvula de alivio de seguridad convencional ASME), la fórmula para la fuerza de apertura requerida se puede expresar de la siguiente manera:
PV x AN = FS + PB x AD – PB (AD – AN)
Esto luego se puede simplificar a la ecuación
Lugar:
PV = Presión de entrada de fluido
AN = Área de la boquilla
FS = fuerza del resorte
PB= Contrapresión
En consecuencia, la aplicación de contrapresión adicional da como resultado un aumento de la fuerza de cierre y es necesaria una mayor presión de entrada para elevar el disco.
Para una válvula equipada con una carcasa de resorte ventilada a la atmósfera, la fuerza requerida para abrir es la siguiente:
Lugar:
Pv = Presión de entrada de fluido
An = área de la boquilla
Fs = fuerza del resorte
PB = Contrapresión
AD = Área del disco
En consecuencia, la contrapresión superpuesta, junto con la presión del recipiente, contrarresta la fuerza del resorte, lo que resulta en una presión de apertura menor que la anticipada.
En ambos escenarios, es esencial tener en cuenta el impacto de una contrapresión superpuesta significativa al diseñar un sistema de válvula de seguridad.
Además, es crucial considerar los efectos de la contrapresión acumulada cuando la válvula inicia su proceso de apertura. En el caso de una válvula de seguridad convencional donde la carcasa del resorte se ventila hacia el lado de descarga de la válvula, la influencia de la contrapresión acumulada se puede evaluar consultando la Ecuación A y reconociendo que, una vez que la válvula comienza a abrirse, la presión de entrada combina la presión de ajuste (PS) y la sobrepresión (PO).
La ecuación (PS + PO) x AN = FS + PB x AN, que se simplifica a Ecuación
Lugar:
PS= Presión de ajuste de la válvula de seguridad
AN = Área de la boquilla
FS = fuerza del resorte
PB = Contrapresión
PO = Sobrepresión
Por lo tanto, la contrapresión superpuesta interactúa con la presión del recipiente para contrarrestar la fuerza del resorte, lo que resulta en una presión de apertura menor que la anticipada.
En cualquier escenario, al diseñar un sistema de válvula de seguridad, es esencial tener en cuenta el impacto de una contrapresión superpuesta significativa sobre la presión de ajuste.
Además, cuando la válvula inicia su proceso de apertura, también se deben tener en cuenta las repercusiones de la contrapresión acumulada. En el caso de una válvula de seguridad convencional con la carcasa del resorte ventilada hacia el lado de descarga de la válvula, el efecto de la contrapresión acumulada se puede determinar aplicando la Ecuación A y reconociendo que la presión de entrada, una vez que la válvula comienza a abrirse, comprende tanto la presión de tarado (PS) como la sobrepresión (PO).
La expresión simplificada para esta relación es la siguiente: (PS + PO) x AN = FS + PB x AN, como se muestra en la Ecuación C.
Las válvulas de seguridad equilibradas abarcan mecanismos que anulan el impacto de la contrapresión. Se pueden emplear dos diseños fundamentales para lograr esto.
La válvula de pistón presenta varias variaciones, pero generalmente comprende un disco en forma de pistón. El movimiento de este disco está confinado por una guía ventilada. Las áreas de la cara superior del pistón (AP) y del asiento de la boquilla (AN) están diseñadas intencionalmente para que sean equivalentes. Este diseño asegura que tanto la superficie superior como la inferior del disco, expuestas a la contrapresión, posean áreas efectivas iguales, logrando así el equilibrio en las fuerzas opuestas. La siguiente figura muestra el capó del resorte ventilado, lo que permite que la cara superior del pistón quede expuesta a la presión atmosférica.
Al examinar las fuerzas aplicadas al pistón, queda claro que esta válvula en particular ya no está influenciada por ninguna presión opuesta.
Lugar:
PV = Presión de entrada de fluido
AN = Área de la boquilla
FS = fuerza del resorte
PB = Contrapresión
AD = Área del disco
AP = Área del pistón
Dado que AP es igual a AN, los dos últimos términos de la ecuación son iguales en magnitud y se cancelan de la ecuación. Por lo tanto, esto se simplifica a la ecuación
dónde:
PV = Presión de entrada de fluido
AN = Área de la boquilla
FS= fuerza del resorte
Una válvula de seguridad equilibrada de tipo fuelle es una válvula que utiliza un mecanismo de fuelle para equilibrar las fuerzas que actúan sobre el disco de la válvula. El fuelle está unido a la superficie superior del disco y a la guía del husillo, y evita que la contrapresión afecte la presión de apertura de la válvula.
El fuelle permite que el aire entre y salga libremente a medida que se expande o contrae. Sin embargo, la falla del fuelle puede afectar la presión de ajuste y la capacidad de la válvula, por lo que debe existir un mecanismo para detectar cualquier flujo de fluido inusual a través de las ventilaciones del fuelle. Algunas válvulas de seguridad equilibradas con fuelle también tienen un pistón auxiliar para contrarrestar los efectos de la contrapresión en caso de falla del fuelle. Estas válvulas se utilizan normalmente en aplicaciones críticas en las industrias petrolera y petroquímica.
El fuelle no solo reduce el impacto de la contrapresión sino que también aísla la guía del husillo y el resorte de los fluidos de proceso corrosivos.
Sin embargo, las válvulas de seguridad equilibradas de fuelle son más caras que las no equilibradas. Por lo general, se emplean cuando los colectores de alta presión son inevitables o en aplicaciones críticas que requieren una presión de ajuste o purga precisa.
Esta válvula de seguridad en particular utiliza el propio medio que fluye, a través de una válvula piloto, para ejercer la fuerza de cierre necesaria sobre el disco de la válvula de seguridad. La válvula piloto, en esencia, funciona como una válvula de seguridad en miniatura.
Existen dos variaciones principales de válvulas de seguridad operadas por piloto, específicamente el tipo de diafragma y el tipo de pistón.
El tipo de diafragma suele ser adecuado para aplicaciones de baja presión y exhibe una acción proporcional, que se observa comúnmente en válvulas de alivio empleadas en sistemas líquidos. Como consecuencia, su utilidad es mínima en los sistemas de vapor y, por lo tanto, no se analizará más en este documento.
En cambio, la válvula tipo pistón incorpora una válvula primaria equipada con un mecanismo de cierre (u obturador) en forma de pistón, así como una válvula piloto externa. En la siguiente figura se presenta un diagrama de una válvula de seguridad típica de tipo pistón operada por piloto.
La válvula principal incorpora un pistón y una disposición de asiento diseñados de tal manera que el área inferior del pistón, expuesta al fluido de entrada, es más pequeña que el área superior. Esta configuración asegura que, a pesar de que ambos extremos del pistón estén sometidos al fluido a presiones iguales, el área superior más grande genera una fuerza de cierre mayor en comparación con la fuerza de entrada. En consecuencia, la fuerza descendente resultante fija firmemente el pistón en su asiento.
En situaciones en las que aumenta la presión de entrada, la fuerza de cierre sobre el pistón también aumenta, manteniendo así un cierre hermético constante. Sin embargo, una vez que la presión de entrada alcanza la presión establecida predeterminada, la válvula piloto se abre para liberar la presión del fluido sobre el pistón. Debido a la presión reducida del fluido que actúa sobre la superficie superior del pistón, la presión de entrada crea una fuerza ascendente que hace que el pistón se desenganche de su asiento. Como resultado, la válvula principal también se abre, permitiendo la descarga del fluido del proceso.
Al reducir suficientemente la presión de entrada, la válvula piloto se vuelve a cerrar, evitando una mayor liberación de fluido desde la parte superior del pistón. Esta acción restablece la fuerza neta hacia abajo, lo que hace que el pistón se vuelva a asentar.
Las válvulas de seguridad operadas por piloto exhiben un excelente rendimiento de sobrepresión y purga, con una purga potencial tan baja como el 2 %. Su uso es particularmente ventajoso cuando se requiere un margen estrecho entre la presión de ajuste y la presión de funcionamiento de un sistema. Además, las válvulas operadas por piloto están disponibles en tamaños más grandes, lo que las convierte en la opción preferida para válvulas de seguridad que manejan capacidades mayores.
Sin embargo, es importante tener en cuenta que las tuberías de conexión piloto, con su pequeño diámetro, pueden ser susceptibles a obstrucciones debido a materias extrañas o acumulación de condensación. En consecuencia, dichos bloqueos pueden provocar fallos de la válvula, ya sea en la posición abierta o cerrada, dependiendo de la ubicación del bloqueo.
Las válvulas de seguridad de inversión permiten la instalación de dos válvulas una al lado de la otra, una de las cuales funciona activamente mientras la otra está aislada. Esta disposición ventajosa permite un servicio ininterrumpido durante el mantenimiento de rutina o la protección de la embarcación. Es de destacar que el diseño de las válvulas de inversión garantiza un área de flujo sin obstrucciones cuando están activadas.
Además, las válvulas de cambio resultan útiles para conectar las salidas de las válvulas de seguridad, eliminando la necesidad de duplicar las tuberías de descarga. Para garantizar la seguridad, se debe controlar y sincronizar el funcionamiento de las válvulas de inversión de entrada y salida. Normalmente, esto se logra mediante un sistema de transmisión por cadena que interconecta los volantes de ambas válvulas.
Al determinar la caída de presión de entrada de la válvula de seguridad, se debe considerar cuidadosamente la pérdida de presión inducida por la válvula de inversión. Se recomienda limitar esta caída de presión al 3% de la presión preestablecida.
Los términos "elevación completa", "elevación alta" y "elevación baja" se refieren al grado de movimiento exhibido por el disco cuando pasa de su estado cerrado a la posición requerida para lograr la capacidad de descarga certificada. Este movimiento tiene un impacto directo en la capacidad de descarga de la válvula.
Una válvula de seguridad de elevación total abarca suficiente elevación del disco para eliminar la influencia del área de la cortina en el área de descarga. En consecuencia, la capacidad de la válvula está determinada por el área del orificio, que ocurre cuando el disco se eleva al menos un cuarto del diámetro del orificio. En aplicaciones generales de vapor, una válvula de seguridad convencional de elevación total suele resultar la opción más adecuada.
En una válvula de seguridad de gran elevación, el disco asciende una distancia mínima equivalente a una doceava parte del diámetro del orificio. Como resultado, el área de descarga está determinada por el área de la cortina y, a su vez, por la posición del disco. Las válvulas de elevación alta suelen presentar capacidades de descarga significativamente menores en comparación con las válvulas de elevación completa. Optar por una válvula de elevación total, con un tamaño nominal varias veces más pequeño que el de una válvula de elevación alta correspondiente, a menudo puede generar ventajas económicas. Además, las válvulas de alta elevación se emplean comúnmente con fluidos comprimibles por su acción más proporcional.
Las válvulas de elevación baja observan cómo el disco se eleva sólo una distancia equivalente a un veinticuatro cuartos del diámetro del orificio. Aquí, el área de descarga está determinada únicamente por la posición del disco, con una elevación mínima que conduce a capacidades significativamente menores en comparación con las válvulas de elevación completa o alta.
Una válvula de seguridad de baja elevación es un tipo de válvula en la que el área de descarga está determinada por la posición del disco. Por otro lado, una válvula de seguridad de elevación total no depende de la posición del disco para determinar el área de descarga.
Una válvula de seguridad de paso total está diseñada sin protuberancias en el orificio, lo que permite que la válvula se levante lo suficiente como para que el área mínima en cualquier sección, incluso en el asiento o debajo de él, se convierta en el orificio de control.
En una válvula de alivio de seguridad convencional, la carcasa del resorte tiene ventilación hacia el lado de descarga. Esto significa que los cambios en la contrapresión afectan directamente las características operativas de la válvula.
Una válvula de alivio de seguridad equilibrada está diseñada para minimizar el impacto de la contrapresión en las características operativas de la válvula.
Una válvula de alivio de presión operada por piloto combina el dispositivo de alivio principal con un dispositivo de alivio de presión auxiliar autoactuado, que controla su funcionamiento.
Una válvula de seguridad accionada eléctricamente combina el principal dispositivo de alivio de presión con un dispositivo que requiere una fuente externa de energía para controlarlo.
La válvula de seguridad estándar se refiere a una válvula que, al abrirse, alcanza el grado de elevación necesario para descargar el caudal másico dentro de un aumento de presión que no excede el 10%. Este tipo de válvula funciona con acción pop y en ocasiones se la denomina “alta elevación”.
La válvula de seguridad de elevación total, también conocida como válvula de seguridad Vollhub, se abre rápidamente con un aumento de presión del 5% después del inicio de la elevación hasta que alcanza la elevación completa según lo definido por su diseño. El rango proporcional previo a la apertura rápida no debe exceder el 20%.
La válvula de seguridad de carga directa funciona con una fuerza de apertura debajo del disco de la válvula, contrarrestada por una fuerza de cierre como un resorte o un peso.
La válvula de seguridad proporcional se distingue por su apertura constante en relación con el aumento de presión. No experimenta una apertura repentina dentro de un rango de elevación del 10% sin un aumento de presión concomitante. Estas válvulas de seguridad logran la elevación necesaria para la descarga de flujo másico dentro de una presión que no excede el 10% después de la apertura.
La válvula de seguridad de diafragma es una válvula de seguridad de carga directa en la que los elementos giratorios y móviles lineales, así como los resortes, están protegidos de los efectos del fluido mediante un diafragma.
La válvula de seguridad de fuelle es una válvula de seguridad de carga directa que brinda protección a elementos deslizantes y parcial o totalmente giratorios, así como a resortes, de los impactos del fluido mediante el uso de un fuelle. Los fuelles pueden estar diseñados para compensar las influencias de contrapresión.
La válvula de seguridad controlada comprende una válvula principal y un dispositivo de control. Esta categoría también incluye válvulas de seguridad de acción directa con carga suplementaria, donde una fuerza adicional aumenta la fuerza de cierre hasta alcanzar la presión establecida.
Este tipo de válvula de seguridad se opone a la carga causada por la presión del fluido debajo del disco de la válvula utilizando únicamente un dispositivo de carga mecánico directo, como un peso, una palanca y un peso, o un resorte.
Una válvula de seguridad asistida incorpora un mecanismo de asistencia motorizado que permite levantar la válvula a una presión inferior a la presión establecida. Incluso en caso de fallo del mecanismo de asistencia, éste sigue cumpliendo todos los requisitos establecidos para las válvulas de seguridad en la norma.
Hasta que la presión en la entrada de la válvula de seguridad alcanza la presión establecida, esta válvula de seguridad posee una fuerza adicional que mejora la fuerza de sellado.
Una válvula de seguridad operada por piloto es un tipo de válvula de seguridad que funciona mediante la operación y regulación de la descarga de fluido desde una válvula piloto. La válvula piloto, a su vez, es una válvula de seguridad de carga directa que cumple con lo estipulado en la norma.
| Cuerpo material | Estado del producto |
| Bronce | Se emplea con frecuencia en la fabricación de pequeñas válvulas roscadas destinadas a uso general en sistemas de vapor, aire y agua caliente con una presión nominal máxima de 15 bar. |
| hierro fundido | Se utiliza ampliamente en válvulas tipo ASME, aunque su aplicación suele estar restringida a un límite de presión de 17 bar. |
| Acero fundido | A menudo seleccionado para válvulas de mayor presión, es adecuado para sistemas que funcionan a presiones de hasta 40 bar. |
| Acero Inoxidable | El acero inoxidable se utiliza para trabajos con vapor limpio o corrosivo. |
| Acero inoxidable austenitico | El acero inoxidable austenítico encuentra su utilidad en aplicaciones especializadas, como las relacionadas con alimentos, productos farmacéuticos o vapor limpio. |
| Material de sellado | Estado del producto |
| EPDM | Agua |
| Viton | Condición de gas de alta temperatura |
| Nitrilo | Estado del aire y del aceite |
| Acero Inoxidable | Material estándar, mejor para vapor. |
| Satélite | Resistente al desgaste para condiciones difíciles |
ASME VIII es parte del Código de calderas y recipientes a presión de la Sociedad Estadounidense de Ingenieros Mecánicos (ASME) y proporciona pautas detalladas para el diseño, construcción y operación de válvulas de seguridad en recipientes a presión. Estos estándares son fundamentales para garantizar la seguridad y confiabilidad de los equipos utilizados en aplicaciones industriales.
La serie 5210 incluye una válvula de seguridad de tipo resorte regular, mientras que el tipo 5210B es una válvula de seguridad de tipo resorte de fuelle equilibrado con contrapresión. Están diseñados, fabricados e inspeccionados según los estándares API526 y API527. Estas válvulas son adecuadas para aire, gas, vapor de agua, líquidos y otros medios.
La válvula de seguridad de tipo resorte convencional de la serie 5211, 5211B, es una válvula de seguridad de tipo resorte de fuelle equilibrado con contrapresión. Esta es una válvula de seguridad de gran diámetro desarrollada sobre la base del estándar API526. Aplicable al aire, gas, vapor de agua, líquido y otros medios.
Las válvulas de alivio de seguridad operadas por piloto serie 5212 se utilizan principalmente en los campos de petróleo y gas, industria química, energía eléctrica, metalurgia y gas natural. Es el mejor dispositivo de protección contra sobrepresión para equipos, contenedores o tuberías presurizados. La presión de trabajo permitida está cerca de la presión de ajuste de la válvula de seguridad. Una pequeña sobrepresión puede hacer que la válvula principal alcance rápidamente el estado de apertura total. El rendimiento operativo y la altura de apertura de esta válvula de seguridad no se ven afectados por la contrapresión.
La serie 5213 es una válvula de alivio de presión de tipo resorte convencional. La serie 5213B es una válvula de alivio de presión de pistón equilibrada. Disponible para conexión de extremo roscado y bridado.
La válvula de seguridad de vapor de alto rendimiento serie 5214 es adecuada para la protección contra sobrepresión de vapor de calderas eléctricas, calderas de paso único, recalentadores y otros equipos y tuberías. Diseñado y fabricado según normas ASME I
La válvula de seguridad serie 5215 se utiliza como dispositivo de protección contra sobrepresión cuando es necesario aislar el medio en equipos de fertilizantes de poliéster, etileno, asfalto y urea. El 5215B es una estructura de fuelle diseñada para válvulas de seguridad con camisa de aislamiento térmico.
La serie 5216 es una válvula de seguridad de fuelle revestido. Las partes principales de la válvula que están en contacto con el medio están revestidas con material flúor. El diseño especial del fuelle es adecuado para condiciones de trabajo altamente corrosivas como agua salada, cloro húmedo, ácido clorhídrico, ácido sulfúrico, etc. De acuerdo con las condiciones de trabajo medias, el revestimiento puede estar hecho de F46, PTFE, PFA y otros materiales.
La serie 5217 consta de una válvula de conmutación y dos válvulas de seguridad. La válvula de seguridad se puede reemplazar o reparar sin detener el dispositivo. El control de varillaje del grupo de válvulas de doble conmutación se puede utilizar según sea necesario.
Las válvulas de seguridad forjadas de la serie 5218 se utilizan principalmente para condiciones de trabajo especiales que no pueden cumplirse con el acero fundido. Según las condiciones medias de trabajo, el revestimiento puede estar hecho de A105, SS304, SS316, Monel, Hastelloy y otros materiales.
Este estudio detallado explora el proceso de determinar el tamaño apropiado para diversas aplicaciones. Incluye ecuaciones para dimensionamiento según AD Merkblatt, DIN, TRD, ASME, API, BS6759 y otras normas relevantes. El estudio también aborda temas más complejos como el flujo bifásico y el sobrecalentamiento.
El tamaño de una válvula de seguridad es de suma importancia para garantizar su capacidad de liberar vapor de cualquier fuente de manera efectiva, evitando así que la presión dentro del equipo protegido exceda la presión acumulada máxima permitida (MAAP). Para lograr esto, el posicionamiento adecuado y el ajuste correcto de la válvula son cruciales. Además, la válvula de seguridad debe tener el tamaño adecuado para permitir que pase la cantidad necesaria de vapor a la presión requerida, incluso durante diversos escenarios potenciales de falla.
Una vez que se han determinado el tipo específico de válvula de seguridad, la presión de ajuste y la ubicación dentro del sistema, es necesario calcular la capacidad de descarga requerida de la válvula. Este cálculo nos permite determinar el área de orificio necesaria y el tamaño nominal en función de las especificaciones proporcionadas por el fabricante.
Para establecer la capacidad máxima necesaria, es esencial considerar el flujo potencial a través de todas las ramas relevantes aguas arriba de la válvula.
En los casos en los que existen múltiples vías de flujo, el dimensionamiento de la válvula de seguridad se vuelve más complejo. Se pueden considerar varios métodos alternativos para determinar su tamaño en tales situaciones. Se deben evaluar cuidadosamente las siguientes alternativas:
1. Dimensionar la válvula de seguridad según el flujo máximo dentro de la ruta de flujo que experimenta la mayor cantidad de flujo.
2. Dimensionar la válvula de seguridad para acomodar el flujo combinado de todas las rutas de flujo.
La elección entre estos dos métodos depende del riesgo de que varios dispositivos fallen simultáneamente. Si existe la más mínima posibilidad de que esto ocurra, la válvula debe dimensionarse para manejar el flujo combinado de los dispositivos fallidos. Sin embargo, en los casos en los que el riesgo es insignificante, las consideraciones de costos pueden llevar a dimensionar la válvula basándose únicamente en el flujo de falla más alto. En última instancia, es responsabilidad de la empresa que garantiza la planta decidir qué método emplear.
Para ilustrar, consideremos el recipiente a presión y el sistema de trampa de bomba automática (APT) que se muestran en la siguiente figura. Aunque es poco probable, existe un escenario en el que tanto la APT como la válvula reductora de presión (PRV 'A') podrían fallar simultáneamente. En este caso, la capacidad de descarga de la válvula de seguridad 'A' necesitaría acomodar la carga de falla de la PRV más grande o la carga de falla combinada de la APT y la PRV 'A'.
Se recomienda, según este documento, que siempre que haya múltiples rutas de flujo presentes, el dimensionamiento de todas las válvulas de seguridad relevantes siempre debe considerar la posibilidad de fallas simultáneas en las válvulas de control de presión aguas arriba.
Para conocer el flujo de fallas a través de una Válvula de Alivio de Presión (PRV) o cualquier otra válvula u orificio, es fundamental considerar los siguientes factores:
1. La presión de falla potencial: este valor corresponde a la presión predeterminada a la que está configurada la válvula de seguridad aguas arriba.
2. La presión de alivio de la válvula de seguridad en consideración, que se está dimensionando.
3. La capacidad máxima (KVS) de la válvula de control ubicada aguas arriba, cuando está completamente abierta.
NWP = Presión de trabajo normal
MAAP= Presión acumulada máxima permitida
Ps = Presión de tarado de la válvula de seguridad
PO= Sobrepresión de la válvula de seguridad
PR = Válvula de seguridad que alivia la presión
En este sistema, la presión de suministro está limitada por una válvula de seguridad situada aguas arriba ajustada a 11.6 bar r. El flujo de falla a través de la PRV se puede calcular usando la ecuación de flujo másico de vapor.
Lugar:
Ms = Carga de fallo (kg/h)
Kv = índice de capacidad abierta total PRV (Kvs = 6.3)
x = Caída de presión = (P1 – P2)/P1
P1 = Presión de falla (tomada como la presión de ajuste de la válvula de seguridad aguas arriba)(bar a)
P2 = Alivio de presión de la válvula de seguridad del aparato (bar a)
P1 = 11.6 bar g = 12.6 bar a
P2= 4.2 bar r = 5.2 bar a
Por lo tanto: Dop de presión = (12.6 – 5.2)/12.6 = 0.59
Entonces sabemos que la relación de presión 0.59 es mayor que 0.42, se produce una caída de presión crítica a través de la válvula de control y el flujo de falla se calcula de la siguiente manera usando la fórmula de la Ecuación (e-2):
Ms = 12KvP1 = 12 x 6.3 x 12.6
Por lo tanto: Ms = 953 kg/h
Por consiguiente, la válvula de seguridad debería tener una capacidad mínima de 953 kg/h con un ajuste de 4 bar r.
Una vez que se ha determinado la carga de falla, generalmente es adecuado determinar el tamaño de la válvula de seguridad consultando las tablas de capacidad proporcionadas por el fabricante. Puede encontrar una tabla de capacidad ilustrativa en la Figura f (tabla de capacidad típica de la válvula de seguridad). Conociendo la presión de ajuste requerida y la capacidad de descarga, es posible elegir un tamaño nominal apropiado. En este caso, con una presión de tarado de 4 bar g y un caudal de falla de 953 kg/h, se debe seleccionar una válvula de seguridad DN32/50, que tiene una capacidad de 1,284 kg/h.
Capacidad de flujo del SV615 para vapor saturado en kilogramos por hora (kg/h)(calculado según EN ISO 4126 con un 5% de sobrepresión)Coeficiente de descarga reducido (K)=0.71 | ||||||
| Tamaño de válvula DN | 15/20 | 20/32 | 25/40 | 32/50 | 40/65 | 50/80 |
| Área (mm²) | 113 | 314 | 452 | 661 | 1.075 | 1662 |
| Presión de ajuste (bar g) | Capacidad de caudal de vapor saturado kg/h | |||||
| 0.5 | 65 | 180 | 259 | 379 | 616 | 953 |
| 1.0 | 87 | 241 | 348 | 508 | 827 | 1278 |
| 1.5 | 109 | 303 | 436 | 638 | 1037 | 1603 |
| 2.0 | 131 | 364 | 524 | 767 | 1247 | 1929 |
| 2.5 | 153 | 426 | 613 | 896 | 1458 | 2254 |
| 3.0 | 175 | 487 | 701 | 1026 | 1668 | 2579 |
| 3.5 | 197 | 549 | 790 | 1155 | 1879 | 2904 |
| 4.0 | 220 | 610 | 878 | 1284 | 2089 | 3230 |
| 4.5 | 242 | 672 | 967 | 1.414 | 2299 | 3555 |
| 5.0 | 264 | 733 | 1055 | 1543 | 2510 | 3880 |
| 5.5 | 286 | 794 | 1144 | 1672 | 2720 | 4205 |
| 6.0 | 308 | 856 | 1232 | 1802 | 2930 | 4530 |
| 6.5 | 330 | 917 | 1321 | 1931 | 3141 | 4856 |
| 7.0 | 352 | 979 | 1409 | 2061 | 3351 | 5181 |
| 7.5 | 374 | 1.040 | 1497 | 2190 | 3561 | 5506 |
| 8.0 | 396 | 1102 | 1586 | 2319 | 3772 | 5831 |
En los casos en los que las tablas de dimensionamiento no existen o son insuficientes para fluidos o condiciones específicas como contrapresión, alta viscosidad o flujo de dos fases, es necesario calcular el área mínima del orificio necesaria. Las normas vigentes apropiadas, como ASME/API RP 520 y EN ISO 4126, brindan orientación sobre los métodos para lograr esto.
Estos métodos se basan en el coeficiente de descarga, que representa la capacidad medida en relación con la capacidad teórica de una boquilla con un área de flujo equivalente.
dónde:
Kd = Coeficiente de descarga
El coeficiente de descarga es específico de la gama de válvulas de seguridad y lo determina y aprueba el fabricante. Si la válvula está homologada de forma independiente, se le asigna un coeficiente de descarga certificado.
Para obtener un coeficiente de descarga reducido, el coeficiente certificado suele multiplicarse por un factor de seguridad de 0.9. Este coeficiente reducido se denota como Kdr = Kd x 0.9.
Al calcular el área del orificio requerida utilizando métodos estándar, se deben tener en cuenta las siguientes consideraciones:
El flujo de gas o vapor a través de un orificio, como el área de flujo de una válvula de seguridad, aumenta a medida que disminuye la presión aguas abajo. Esta relación se mantiene hasta que se alcanza la presión crítica, lo que da como resultado un flujo crítico. Más allá de este punto, una mayor disminución de la presión aguas abajo no conducirá a un aumento del flujo. La ecuación (g-1) representa la relación de presión crítica que existe entre la presión crítica y la presión de alivio real para los gases que fluyen a través de las válvulas de seguridad.
dónde:
PB = Contrapresión crítica (bar a)
P1 = Presión de alivio real (bar a)
k = coeficiente isentrópico del gas o vapor en las condiciones de alivio
Para dimensionar adecuadamente una válvula, es fundamental determinar de antemano la sobrepresión de diseño. No es aceptable calcular la capacidad de la válvula utilizando una sobrepresión inferior a la utilizada para establecer el coeficiente de descarga. Sin embargo, está permitido emplear un valor de sobrepresión más alto. En el caso de válvulas de elevación total tipo DIN, la elevación de diseño debe alcanzarse con un 5% de sobrepresión, pero para fines de dimensionamiento, se puede utilizar un valor de sobrepresión del 10%.
El área de orificio mínima requerida para una válvula de seguridad se puede determinar utilizando los métodos descritos en normas nacionales ampliamente utilizadas.
En concreto, las normas ASME y las directrices API RP 520 proporcionan fórmulas que permiten el cálculo de esta área. Para aplicaciones de vapor, se debe utilizar la ecuación (h-1) para este propósito.
Lugar:
Ao = Área de descarga efectiva requerida (pulg2)
M = Flujo másico requerido a través de la válvula (Ib/h)
PR = Presión de alivio aguas arriba (psi a)
Kd = Coeficiente de descarga efectivo (especificado por el fabricante)
KsH = Factor de corrección de sobrecalentamiento
| Presión de ajuste (psi g) | Temperatura (° F) | |||||||||
| 300 | 400 | 500 | 600 | 700 | 800 | 900 | 1 000 | 1 100 | 1 200 | |
| 15 | 1 | 0.98 | 0.93 | 0.88 | 0.84 | 0.8 | 0.77 | 0.74 | 0.72 | 0.7 |
| 20 | 1 | 0.98 | 0.93 | 0.88 | 0.84 | 0.8 | 0.77 | 0.74 | 0.72 | 0.7 |
| 40 | 1 | 0.99 | 0.93 | 0.88 | 0.84 | 0.81 | 0.77 | 0.74 | 0.72 | 0.7 |
| 60 | 1 | 0.99 | 0.93 | 0.88 | 0.84 | 0.81 | 0.77 | 0.75 | 0.72 | 0.7 |
| 80 | 1 | 0.99 | 0.93 | 0.88 | 0.84 | 0.81 | 0.77 | 0.75 | 0.72 | 0.7 |
| 100 | 1 | 0.99 | 0.94 | 0.89 | 0.84 | 0.81 | 0.77 | 0.75 | 0.72 | 0.7 |
| 120 | 1 | 0.99 | 0.94 | 0.89 | 0.84 | 0.81 | 0.78 | 0.75 | 0.72 | 0.7 |
| 140 | 1 | 0.99 | 0.94 | 0.89 | 0.85 | 0.81 | 0.78 | 0.75 | 0.72 | 0.7 |
| 160 | 1 | 0.99 | 0.94 | 0.89 | 0.85 | 0.81 | 0.78 | 0.75 | 0.72 | 0.7 |
| 180 | 1 | 0.99 | 0.94 | 0.89 | 0.85 | 0.81 | 0.78 | 0.75 | 0.72 | 0.7 |
| 200 | 1 | 0.99 | 0.95 | 0.89 | 0.85 | 0.81 | 0.78 | 0.75 | 0.72 | 0.7 |
| 220 | 1 | 0.99 | 0.95 | 0.89 | 0.85 | 0.81 | 0.78 | 0.75 | 0.72 | 0.7 |
| 240 | 1 | 0.95 | 0.9 | 0.85 | 0.81 | 0.78 | 0.75 | 0.72 | 0.7 | |
| 260 | 1 | 0.95 | 0.9 | 0.85 | 0.81 | 0.78 | 0.75 | 0.72 | 0.7 | |
| 280 | 1 | 0.96 | 0.9 | 0.85 | 0.81 | 0.78 | 0.75 | 0.72 | 0.7 | |
| 300 | 1 | 0.96 | 0.9 | 0.85 | 0.81 | 0.78 | 0.75 | 0.72 | 0.7 | |
| 350 | 1 | 0.96 | 0.9 | 0.86 | 0.82 | 0.78 | 0.75 | 0.72 | 0.7 | |
| 400 | 1 | 0.96 | 0.91 | 0.86 | 0.82 | 0.78 | 0.75 | 0.72 | 0.7 | |
| 500 | 1 | 0.96 | 0.92 | 0.86 | 0.82 | 0.78 | 0.75 | 0.73 | 0.7 | |
| 600 | 1 | 0.97 | 0.92 | 0.87 | 0.82 | 0.79 | 0.75 | 0.73 | 0.7 | |
| 800 | 1 | 0.95 | 0.88 | 0.83 | 0.79 | 0.76 | 0.73 | 0.7 | ||
| 1 000 | 1 | 0.96 | 0.89 | 0.84 | 0.78 | 0.76 | 0.73 | 0.71 | ||
| 1 250 | 1 | 0.97 | 0.91 | 0.85 | 0.8 | 0.77 | 0.74 | 0.71 | ||
| 1 500 | 1 | 1 | 0.93 | 0.86 | 0.81 | 0.77 | 0.74 | 0.71 | ||
Para determinar el área de orificio mínima necesaria para una válvula de seguridad que opera con vapor saturado seco (con una fracción de sequedad mayor a 0.98) y vapor sobrecalentado en condiciones de flujo críticas, se debe utilizar la Ecuación (h-2).
Consulte la ecuación (h-3) para calcular el área mínima del orificio necesaria para una válvula de seguridad en aplicaciones de vapor húmedo donde se produce un flujo crítico. Es importante señalar que el vapor húmedo debe tener una fracción de sequedad superior a 0.9.
dónde:
A = Área de flujo (no área de cortina) mm2
M = Caudal másico (kg/h)
C = Función del exponente isentrópico
Kdr = Coeficiente de descarga reducido certificado (del fabricante)
Po = Presión de alivio (bar a)
Vg = Volumen específico al aliviar la presión y la temperatura (m3/kg) (de las tablas de vapor)
x = fracción de sequedad del vapor húmedo
| k | Cg |
| 0.4 | 1.647 |
| 0.41 | 1.665 |
| 0.42 | 1.682 |
| 0.43 | 1.7 |
| 0.44 | 1.717 |
| 0.45 | 1.733 |
| 0.46 | 1.75 |
| 0.47 | 1.766 |
| 0.48 | 1.782 |
| 0.49 | 1.798 |
| 0.5 | 1.813 |
| 0.51 | 1.829 |
| 0.52 | 1.844 |
| 0.53 | 1.858 |
| 0.54 | 1.873 |
| 0.55 | 1.888 |
| 0.56 | 1.902 |
| 0.57 | 1.916 |
| 0.58 | 1.93 |
| 0.59 | 1.944 |
| 0.6 | 1.957 |
| 0.61 | 1.971 |
| 0.62 | 1.984 |
| 0.63 | 1.997 |
| 0.64 | 2.01 |
| 0.65 | 2.023 |
| 0.66 | 2.035 |
| 0.67 | 2.048 |
| 0.68 | 2.06 |
| 0.69 | 2.072 |
| 0.7 | 2.084 |
| 0.71 | 2.096 |
| 0.72 | 2.108 |
| 0.73 | 2.12 |
| 0.74 | 2.131 |
| 0.75 | 2.143 |
| 0.76 | 2.154 |
| 0.77 | 2.165 |
| 0.78 | 2.17 |
| 0.79 | 2.187 |
| 0.8 | 2.198 |
| 0.81 | 2.209 |
| 0.82 | 2.219 |
| 0.83 | 2.23 |
| 0.84 | 2.24 |
| 0.85 | 2.251 |
| 0.86 | 2.261 |
| 0.87 | 2.271 |
| 0.88 | 2.281 |
| 0.89 | 2.291 |
| 0.9 | 2.301 |
| 0.91 | 2.311 |
| 0.92 | 2.32 |
| 0.93 | 2.33 |
| 0.94 | 2.339 |
| 0.95 | 2.349 |
| 0.96 | 2.358 |
| 0.97 | 2.367 |
| 0.98 | 2.376 |
| 0.99 | 2.386 |
| 1 | 2.401 |
| 1.01 | 2.404 |
| 1.02 | 2.412 |
| 1.03 | 2.421 |
| 1.04 | 2.43 |
| 1.05 | 2.439 |
| 1.06 | 2.447 |
| 1.07 | 2.456 |
| 1.08 | 2.464 |
| 1.09 | 2.472 |
| 1.1 | 2.481 |
| 1.11 | 2.489 |
| 1.12 | 2.497 |
| 1.13 | 2.505 |
| 1.14 | 2.513 |
| 1.15 | 2.521 |
| 1.16 | 2.529 |
| 1.17 | 2.537 |
| 1.18 | 2.545 |
| 1.19 | 2.553 |
| 1.2 | 2.56 |
| 1.21 | 2.568 |
| 1.22 | 2.57 |
| 1.23 | 2.583 |
| 1.24 | 2.591 |
| 1.25 | 2.598 |
| 1.26 | 2.605 |
| 1.27 | 2.613 |
| 1.28 | 2.62 |
| 1.29 | 2.627 |
| 1.3 | 2.634 |
| 1.31 | 2.641 |
| 1.32 | 2.649 |
| 1.33 | 2.656 |
| 1.34 | 2.663 |
| 1.35 | 2.669 |
| 1.36 | 2.676 |
| 1.37 | 2.683 |
| 1.38 | 2.69 |
| 1.39 | 2.697 |
| 1.4 | 2.703 |
| 1.41 | 2.71 |
| 1.42 | 2.717 |
| 1.43 | 2.723 |
| 1.44 | 2.73 |
| 1.45 | 2.736 |
| 1.46 | 2.743 |
| 1.47 | 2.749 |
| 1.48 | 2.755 |
| 1.49 | 2.762 |
| 1.5 | 2.768 |
| 1.51 | 2.774 |
| 1.52 | 2.78 |
| 1.53 | 2.786 |
| 1.54 | 2.793 |
| 1.55 | 2.799 |
| 1.56 | 2.805 |
| 1.57 | 2.811 |
| 1.58 | 2.817 |
| 1.59 | 2.823 |
| 1.6 | 2.829 |
| 1.61 | 2.843 |
| 1.62 | 2.84 |
| 1.63 | 2.846 |
| 1.64 | 2.852 |
| 1.65 | 2.858 |
| 1.66 | 2.863 |
| 1.67 | 2.869 |
| 1.68 | 2.874 |
| 1.69 | 2.88 |
| 1.7 | 2.886 |
| 1.71 | 2.891 |
| 1.72 | 2.897 |
| 1.73 | 2.902 |
| 1.74 | 2.908 |
| 1.75 | 2.913 |
| 1.76 | 2.918 |
| 1.77 | 2.924 |
| 1.78 | 2.929 |
| 1.79 | 2.934 |
| 1.8 | 2.94 |
| 1.81 | 2.945 |
| 1.82 | 2.95 |
| 1.83 | 2.955 |
| 1.84 | 2.96 |
| 1.85 | 2.965 |
| 1.86 | 2.971 |
| 1.87 | 2.976 |
| 1.88 | 2.981 |
| 1.89 | 2.986 |
| 1.9 | 2.991 |
| 1.91 | 2.996 |
| 1.92 | 3.001 |
| 1.93 | 3.006 |
| 1.94 | 3.01 |
| 1.95 | 3.015 |
| 1.96 | 3.02 |
| 1.97 | 3.025 |
| 1.98 | 3.03 |
| 1.99 | 3.034 |
| 2 | 3.039 |
| 2.01 | 3.044 |
| 2.02 | 3.049 |
| 2.03 | 3.053 |
| 2.04 | 3.058 |
| 2.05 | 3.063 |
| 2.06 | 3.067 |
| 2.07 | 3.072 |
| 2.08 | 3.076 |
| 2.09 | 3.081 |
| 2.1 | 3.085 |
| 2.11 | 3.09 |
| 2.12 | 3.094 |
| 2.13 | 3.099 |
| 2.14 | 3.103 |
| 2.15 | 3.107 |
| 2.16 | 3.112 |
| 2.17 | 3.116 |
| 2.18 | 3.121 |
| 2.19 | 3.125 |
| 2.2 | 3.129 |
Las consideraciones importantes para la instalación de válvulas de seguridad abarcan el manejo, las condiciones de la planta, la configuración de las tuberías, las marcas y las consideraciones de ruido.
La estanqueidad del asiento de una válvula de seguridad tiene importancia durante el proceso de selección e instalación. Una estanqueidad inadecuada del asiento puede provocar una pérdida continua de fluido del sistema y también provocar el deterioro de las superficies de sellado, provocando así un levantamiento prematuro de la válvula.
La estanqueidad del asiento está influenciada por tres factores principales: las características de la válvula de seguridad, el método de instalación empleado y el funcionamiento de la válvula de seguridad.
En cuanto a las características de la válvula de seguridad, para asegurar un cierre satisfactorio en una válvula con asiento metálico, las superficies de sellado deben poseer un alto grado de planitud con un excelente acabado superficial. El disco debe articularse sobre el vástago sin encontrar efectos de fricción excesivos por parte de la guía del vástago. Para la válvula con asiento metálico, un cierre aceptable normalmente requiere un acabado superficial de 0.5 μm y un nivel de planitud de dos bandas de luz óptica. Además, las superficies de contacto y sellado deben presentar una alta resistencia al desgaste para prolongar la vida útil de la válvula.
A diferencia de las válvulas de aislamiento normales, la fuerza de cierre que actúa sobre el disco en una válvula de seguridad es relativamente pequeña debido a la diferencia mínima entre la presión del sistema sobre el disco y la fuerza opuesta del resorte.
En algunos casos, se integran sellos elásticos o de elastómero en los discos de la válvula para mejorar el cierre. Sin embargo, es importante tener en cuenta que los sellos blandos suelen ser más vulnerables a sufrir daños en comparación con los asientos metálicos.
Durante la instalación de la válvula de seguridad, pueden ocurrir daños en el asiento cuando la válvula se levanta inicialmente como parte del procedimiento general de puesta en servicio de la planta, principalmente porque con frecuencia hay suciedad y desechos en el sistema. Lavar el sistema antes de instalar la válvula y asegurarse de que la válvula esté montada en un lugar donde la suciedad, las incrustaciones y los desechos no puedan acumularse ayuda a prevenir el paso de materias extrañas a través de la válvula.
Para aplicaciones de vapor, es crucial minimizar la posibilidad de fugas colocando la válvula de manera que evite que se acumule condensado en el lado aguas arriba del disco. Esto se puede lograr instalando la válvula de seguridad encima de la tubería de vapor, como se ilustra en la Figura (h-4).
Pueden ocurrir fugas debido a la presencia de suciedad o sarro en la cara del asiento. Esto sucede comúnmente durante el levantamiento periódico requerido por las compañías de seguros y los programas de mantenimiento de rutina. Levantando aún más la palanca, generalmente se puede eliminar la suciedad de la superficie del asiento.
La mayoría de los problemas de fugas en los asientos de las válvulas de seguridad surgen después de la fase inicial de fabricación y prueba. Estos problemas suelen deberse a daños durante el transporte, en ocasiones debido a un mal uso y contaminación, o como resultado de una mala instalación.
La mayoría de las normas sobre válvulas de seguridad no proporcionan parámetros de cierre detallados. Sin embargo, para aquellos que sí lo hacen, los requisitos y procedimientos de prueba recomendados generalmente se basan en el estándar API 527 ampliamente utilizado dentro de la industria de válvulas de seguridad.
Para probar las válvulas configuradas con aire, es necesario bloquear todas las vías de fuga secundarias mientras se mantiene la válvula al 90 % de la presión establecida con aire (consulte la Figura h-6). La salida de la válvula de seguridad está conectada a un tubo de 6 mm de diámetro interno, con su extremo situado a 12.7 mm por debajo de la superficie del agua contenida en un recipiente transparente adecuado. Se mide el número de burbujas descargadas por minuto de este tubo. Para válvulas ajustadas por debajo de 70 bar r, el criterio de aceptación es 20 burbujas por minuto en la mayoría de los casos.
Cuando se trata de válvulas destinadas a aplicaciones de vapor o agua, es importante evaluar la tasa de fuga utilizando el medio correspondiente. En el caso del vapor, es fundamental asegurarse de que no se observen fugas visibles sobre un fondo negro durante un minuto después de un período de estabilización de tres minutos. Sin embargo, para el agua, existe un margen menor para fugas, que depende del área del orificio. Esta tolerancia asciende a 10 ml por hora por pulgada del diámetro de entrada nominal.
Dada la naturaleza potencialmente lenta del procedimiento antes mencionado, es una práctica común que los fabricantes empleen métodos de prueba alternativos. Uno de esos métodos implica el uso de equipos de medición de flujo precisos, que se calibran de acuerdo con los parámetros descritos en API 527.
La Sección VIII del Código de calderas y recipientes a presión (BPVC) de la ASME (Sociedad Estadounidense de Ingenieros Mecánicos) trata sobre el diseño, construcción y mantenimiento de recipientes a presión y calderas. Incluye requisitos y directrices específicos para válvulas de seguridad, que son fundamentales para garantizar el funcionamiento seguro de los recipientes a presión. Estos son los aspectos clave de ASME VIII relacionados con las válvulas de seguridad:
La presión de ajuste es la presión a la que la válvula de seguridad comienza a abrirse. ASME VIII requiere que las válvulas de seguridad se configuren para abrirse a una presión no superior a la presión de trabajo máxima permitida (MAWP) del recipiente. La sobrepresión es el aumento de la presión sobre la presión establecida, generalmente un pequeño porcentaje, que permite que la válvula se abra completamente.
Las válvulas de seguridad deben tener capacidad suficiente para descargar todo el vapor o fluido que pueda generar el recipiente para mantener la presión en o por debajo de la MAWP. El tamaño de la válvula de seguridad es crucial y debe calcularse en base a fórmulas y condiciones específicas.
Esto se refiere al aumento de presión sobre la MAWP del recipiente cuando la válvula de seguridad está descargando. La acumulación está limitada por ASME VIII para garantizar que el recipiente pueda soportar la presión hasta que la válvula regrese a su posición cerrada.
La diferencia entre la presión de ajuste a la que se abre la válvula y la presión a la que se vuelve a cerrar. La purga evita que la válvula de seguridad vibre, abriéndose y cerrándose rápidamente.
ASME VIII proporciona requisitos específicos para la instalación de válvulas de seguridad, incluida la orientación (deben instalarse verticalmente) y la ausencia de válvulas de cierre intermedias entre la válvula de seguridad y el recipiente.
Las válvulas de seguridad deben inspeccionarse y probarse periódicamente para garantizar que funcionen correctamente a la presión establecida y que estén en buenas condiciones. Esto incluye tanto pruebas de banco (fuera del buque) como pruebas in situ (en el buque).
Los materiales utilizados para las válvulas de seguridad deben ser adecuados para el fluido del proceso y las condiciones de operación. La construcción debe garantizar confiabilidad y durabilidad en condiciones de operación.
Las válvulas de seguridad deben estar claramente marcadas con la presión de ajuste, MAWP, capacidad, nombre del fabricante y otros datos esenciales. También deben cumplir con los estándares de certificación y calidad descritos en ASME VIII.
El mantenimiento regular es crucial para el rendimiento de la válvula de seguridad. Esto incluye revisión, limpieza y reemplazo periódicos de piezas según sea necesario. El mantenimiento adecuado garantiza que la válvula funcionará según lo previsto durante condiciones de sobrepresión.
En industrias donde los productos químicos se procesan a alta presión, el cumplimiento de ASME VIII es crucial para prevenir incidentes de sobrepresión.
Las válvulas de seguridad diseñadas según las normas ASME VIII son esenciales en la industria del petróleo y el gas, particularmente en plataformas marinas y refinerías.
En las centrales eléctricas, especialmente aquellas que utilizan turbinas de vapor, las válvulas de seguridad deben cumplir con estos estándares para manejar el vapor a alta presión de manera segura.
Las válvulas de seguridad deben estar fabricadas con materiales no reactivos y fáciles de limpiar, y su diseño debe evitar cualquier contaminación de los productos farmacéuticos.
Las válvulas de seguridad en la industria de alimentos y bebidas deben cumplir altos estándares de higiene, estar fabricadas con materiales adecuados y ser capaces de soportar las presiones y temperaturas específicas que se encuentran en el procesamiento y almacenamiento de alimentos.
Las válvulas de seguridad para la industria marina están diseñadas específicamente para hacer frente a entornos marinos hostiles, espacio limitado, cumplimiento normativo y la necesidad de alta confiabilidad y bajo mantenimiento.
En la industria de pulpa y papel, las válvulas de seguridad deben ser altamente resistentes a la corrosión y la abrasión debido a la exposición a productos químicos y partículas, capaces de manejar variaciones de alta presión y temperatura, y cumplir con las regulaciones ambientales y de seguridad específicas de la industria.
Las válvulas de seguridad en la industria minera deben ser muy duraderas, capaces de soportar entornos hostiles y potencialmente abrasivos y cumplir con estrictos estándares de seguridad para garantizar una protección confiable contra la sobrepresión en equipos como sistemas de aire comprimido, unidades de procesamiento químico y sistemas hidráulicos.
En el tratamiento de agua y aguas residuales, las válvulas de seguridad deben ser altamente resistentes a la corrosión, capaces de manejar diversos tipos de fluidos y cumplir con las normas ambientales y de salud pública, asegurando un control confiable de la presión en diversos procesos de tratamiento.
En los sistemas HVAC, las válvulas de seguridad deben diseñarse para funcionar de manera confiable en condiciones variables de temperatura y presión, garantizando protección contra sobrepresión y al mismo tiempo ser compatibles con los refrigerantes utilizados en el sistema.
En criogenia, las válvulas de seguridad deben diseñarse para funcionar de manera confiable a temperaturas extremadamente bajas, utilizando materiales y sellos que puedan soportar tales condiciones sin perder su integridad o funcionalidad.
Las válvulas de seguridad en la industria aeroespacial y de defensa deben ser excepcionalmente confiables, estar calibradas con precisión para rangos de presión específicos y estar construidas con materiales capaces de soportar temperaturas, presiones y ambientes corrosivos extremos, al mismo tiempo que cumplen con estrictos estándares aeroespaciales de seguridad y rendimiento.
Las válvulas de seguridad son componentes críticos en diversos sistemas industriales, ya que garantizan la seguridad y la eficiencia operativa. A continuación se presentan algunas preguntas frecuentes (FAQ) sobre válvulas de seguridad:
Una válvula de seguridad es un dispositivo automático de alivio de presión, accionado por la presión estática aguas arriba de la válvula. Está diseñado para abrirse rápidamente (acción pop) para evitar un aumento peligroso de presión dentro de un sistema, generalmente utilizado para servicio de gas o vapor.
Las válvulas de seguridad funcionan liberando el exceso de presión de un sistema una vez que alcanza un límite predefinido. La válvula se abre cuando la fuerza debida a la presión del fluido (gas, vapor o líquido) excede la fuerza opuesta ejercida por un resorte o peso. Una vez que la presión cae a un nivel seguro, la válvula se cierra automáticamente.
Las válvulas de seguridad deben probarse periódicamente para garantizar que funcionen correctamente. La frecuencia de las pruebas depende de la aplicación de la válvula, las condiciones de funcionamiento y los requisitos reglamentarios. Generalmente se recomienda realizar pruebas anualmente.
La presión de ajuste, también conocida como presión de apertura, es la presión predeterminada a la que una válvula de seguridad comienza a abrirse en condiciones de funcionamiento.
No, las válvulas de seguridad están diseñadas para medios y condiciones de funcionamiento específicos (gas, vapor o líquido). El uso de una válvula de seguridad para un medio inadecuado puede provocar un mal funcionamiento o fallo.
La capacidad de una válvula de seguridad se determina en función de la presión de trabajo máxima permitida (MAWP) del sistema, el tipo de fluido, las características de flujo y el coeficiente de descarga de la válvula.
La purga es la diferencia entre la presión de ajuste a la que se abre la válvula y la presión de restablecimiento cuando la válvula se cierra, generalmente expresada como un porcentaje de la presión de ajuste.
Los problemas comunes incluyen fugas en el asiento, tamaño inadecuado, vibración de válvulas y fallas en los fuelles. El mantenimiento y la inspección regulares son esenciales para abordar estos problemas.
La selección implica considerar factores como el tipo de fluido, la presión y temperatura de operación, la capacidad de descarga y los requisitos de diseño del sistema. El cumplimiento de las normas pertinentes (por ejemplo, API, ISO) también es crucial.
En muchas aplicaciones industriales, particularmente en sistemas presurizados como calderas y plantas químicas, las válvulas de seguridad son obligatorias para cumplir con las normas de seguridad.
Aquí hay una guía simplificada de solución de problemas para válvulas de seguridad de THINKTANKLe ayudará a diagnosticar y abordar rápidamente problemas comunes.
Problema | PosiblesCausas | Acciones sugeridas |
|---|---|---|
| La válvula no se abre a la presión establecida | – Presión de ajuste incorrecta – Obstrucción en entrada o salida – Pegado debido a corrosión o escombros. | – Recalibrar la presión establecida – Inspeccionar y eliminar obstrucciones. – Limpiar y lubricar las piezas móviles. |
| La válvula tiene fugas o no cierra completamente | – Daños en el asiento – Partículas extrañas en el asiento – Fatiga o daño del resorte | – Inspeccionar y reparar el asiento. – Limpiar asiento y disco. – Reemplace o ajuste el resorte |
| Purga excesiva | – Ajuste de purga incorrecto – Asiento o disco desgastado – Válvula mal asentada | – Ajustar la configuración de purga – Inspeccionar y reemplazar piezas desgastadas. – Reinstale o reinstale la válvula correctamente |
| Apertura prematura | – Presión de ajuste demasiado baja – Fluctuaciones de presión del sistema – Vibraciones mecánicas | – Ajustar la presión establecida – Estabilizar la presión del sistema – Aislar la válvula de vibraciones |
| Parloteo | – Válvula sobredimensionada para la aplicación. – Alta contrapresión – Tensión inadecuada del resorte | – Cambiar el tamaño o reemplazar con la válvula correcta – Reducir la contrapresión – Ajustar la tensión del resorte. |
| Ciclismo rapido | – Presiones fluctuantes del sistema – Válvula de tamaño inadecuado – Fallo de fuelle (si corresponde) | – Estabilizar la presión del sistema – Cambiar el tamaño de la válvula – Inspeccionar y reemplazar fuelles. |
| Ruido inusual | – Turbulencias en la descarga – Resonancia mecánica – Componentes de válvula dañados | – Inspeccionar la ruta de descarga – Ajustar la instalación de la válvula. - Reemplazar las piezas dañadas |
| Fuga externa | – Fallo de la junta – Bridas o accesorios sueltos – Corrosión o erosión | – Reemplazar juntas – Apretar bridas y accesorios. – Inspeccionar y abordar la corrosión. |
| Inspeccionar artículo | Grado de calidad de la válvula de seguridad | |||||||
| Producto calificado | Producto de primera clase | Producto superior | ||||||
| Prueba hidráulica de carcasa | Medio de prueba | Agua | ||||||
| Presión de prueba (MPa) | Diseñado y fabricado Consulte el estándar GB/T 12241. | El valor de la presión de prueba en la entrada es 1.5 veces la presión de diseño en la entrada y el valor de la presión de prueba en la salida es 1.5 veces la contrapresión máxima en la salida. | ||||||
| Diseñado y fabricado Consulte la norma NB/T 47063. | El valor de la presión de prueba en la entrada es 1.5 veces la presión de diseño en la entrada, y el valor de la presión de prueba en la salida es 1.5 veces la presión de trabajo máxima permitida a una temperatura de 38°C para la presión nominal de la brida de salida. | |||||||
| Duración (donde 't' es el tiempo especificado para la prueba de duración en GB/T 12241 o NB/T 47063) | ≥t | ≥ 2 toneladas | ≥ 3 toneladas | |||||
| Criterios de aceptación | Sin fugas visibles ni daños estructurales | |||||||
| Prueba de rendimiento | Medio de prueba de rendimiento | Válvula de vapor | Vapor saturado | |||||
| Válvula de gas | Aire o nitrógeno | |||||||
| Válvula de líquido | Agua | |||||||
| Establecer presión y desviación | Presión de ajuste Ps（MPa） | Establezca la presión según lo especificado en el contrato | ||||||
| Establecer desviación de presión | Válvula de seguridad para recipientes a presión y tuberías | Sal≤0.5 | ± 0.015 | |||||
| Sal>0.5 | ±3%Ps | ±2.7%Ps | ±2.4%Ps | |||||
| Válvula de Seguridad para Calderas de Vapor | Sal≤0.5 | ± 0.015 | ||||||
| 0.5<Ps≤2.3 | ±3%Ps | ±2.7%Ps | ±2.4%Ps | |||||
| 2.3<Ps≤7.0 | ± 0.07 | ± 0.063 | ± 0.056 | |||||
| Sal>7.0 | ±1%Ps | ±0.9%Ps | ±0.8%Ps | |||||
| Exceso de presión | Válvula de seguridad para vapor | Válvula de Seguridad para Calderas | 3% | 2% | 1% | |||
| Válvula de seguridad para otros equipos de vapor | 3% | |||||||
| Válvula de seguridad para gas | 10% | |||||||
| Válvula de seguridad para líquido | 20% | 12% | 10% | |||||
| Presión diferencial de apertura y cierre (MPa) | Válvula de seguridad para calderas de vapor. | ≤7%Ps | ≤6%Ps | ≤4%Ps | ||||
| Válvula de seguridad para calderas, recalentadores y otros equipos de vapor de paso único | Sal≤0.4 | ≤ 0.04 | ||||||
| Sal>0.4 | ≤10%Ps | ≤8%Ps | ≤6%Ps | |||||
| Válvula de seguridad para gas | Sal≤0.2 | ≤ 0.03 | ||||||
| Sal>0.2 | ≤15%Ps | ≤10%Ps | ≤7%Ps | |||||
| Válvula de seguridad para líquido | Sal≤0.3 | ≤ 0.06 | ||||||
| Sal>0.3 | ≤20%Ps | ≤17%Ps | ≤15%Ps | |||||
| Altura de elevación | Debe cumplir con los requisitos de GB/T 12243 y las especificaciones del fabricante. | |||||||
| Características mecánicas | El funcionamiento de la válvula de seguridad debe ser estable, sin aleteos, vibraciones, atascos ni vibraciones dañinas. | |||||||
| Número de repeticiones continuas | 3 | |||||||
| Inspeccionar artículo | Grado de calidad de la válvula de seguridad | |||||||
| Producto calificado | Producto de primera clase | Producto superior | ||||||
| Prueba de rendimiento | Prueba de sellado | Válvula de seguridad para vapor | Presión de prueba (MPa) | Sal≤0.3 | PS-0.03 | |||
| Sal>0.3 | Válvula de Seguridad para Calderas | 90%Ps | 93%Ps | 96%Ps | ||||
| Válvula de seguridad para otros equipos de vapor | 90%Ps | |||||||
| Criterios de aceptación | Inspeccione el extremo de salida de la válvula visualmente o escuchando. Si no se detecta ninguna fuga, se considera que el sellado es satisfactorio. | |||||||
| Válvula de seguridad para gas | Presión de prueba (MPa) | Sal≤0.3 | PS-0.03 | |||||
| Sal>0.3 | 90%Ps | |||||||
| Tasa de fuga máxima permitida*: Número de burbujas por minuto (diámetro de la trayectoria del flujo ≤16 mm) | Sal≤6.9 | 40 | 20 | 10 | ||||
| 6.9<Ps≤10.3 | 60 | 30 | 10 | |||||
| 10.3<Ps≤13.8 | 80 | 40 | 15 | |||||
| 13.8<Ps≤17.2 | 100 | 50 | 20 | |||||
| 17.2<Ps≤20.7 | 100 | 50 | 20 | |||||
| 20.7<Ps≤41.4 | 100 | 50 | 25 | |||||
| Tasa de fuga máxima permitida*: Número de burbujas por minuto (diámetro de la trayectoria del flujo >16 mm) | Sal≤6.9 | 20 | 12 | 10 | ||||
| 6.9<Ps≤10.3 | 30 | 15 | 10 | |||||
| 10.3<Ps≤13.8 | 40 | 20 | 10 | |||||
| 13.8<Ps≤17.2 | 50 | 25 | 10 | |||||
| 17.2<Ps≤20.7 | 60 | 30 | 15 | |||||
| 20.7<Ps≤27.6 | 80 | 40 | 20 | |||||
| 27.6<Ps≤41.4 | 100 | 50 | 20 | |||||
| Válvula de seguridad para líquido | Presión de prueba (MPa) | Sal≤0.3 | PS-0.03 | |||||
| Sal>0.3 | 90%Ps | |||||||
| Medio de prueba | Agua | |||||||
| Tasa de fuga máxima permitida*: cm3/h | DN<25mm | 10 | 9 | 8 | ||||
| DN≥25mm | 10x(DN/25) | 9x(DN/25) | 8x(DN/25) | |||||
| Nota*: Para válvulas de seguridad con sellos no metálicos utilizadas para gases y líquidos, la tasa de fuga no debe ser ninguna fuga en 1 minuto. | ||||||||
| Criterios de aceptación de la prueba de rendimiento | Dentro del número requerido de repeticiones continuas, todos los indicadores de desempeño operativo y el sello después de las pruebas continuas deberán cumplir con los requisitos de grado correspondientes. | |||||||
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