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Válvula de seguridad: un dispositivo de control y seguridad para calderas y recipientes a presión

Las válvulas de seguridad son un arreglo o mecanismo para liberar una sustancia del sistema en cuestión en caso de que la presión o la temperatura excedan un límite preestablecido particular. Los sistemas en el contexto pueden ser calderas, calderas de vapor, recipientes a presión u otros sistemas relacionados. Según el arreglo mecánico, este se ajusta a la imagen más grande (parte del arreglo más grande) llamado PSV o PRV, que son válvulas de seguridad o de alivio de presión.

Este tipo de mecanismo de seguridad se implementó en gran medida para contrarrestar el problema de la explosión accidental de las calderas de vapor. Iniciadas en el funcionamiento de un digestor de vapor, fueron muchas las metodologías que luego fueron acomodadas durante la fase de la revolución industrial. Y desde entonces, este mecanismo de seguridad ha recorrido un largo camino y ahora se adapta a varios otros aspectos.

Estos aspectos como aplicaciones, criterios de rendimiento, rangos, estándares nacionales (países como Estados Unidos, Unión Europea, Japón, Corea del Sur brindan diferentes estándares), etc. logran diferenciar o categorizar este segmento de válvulas de seguridad. Por lo tanto, puede haber muchas formas diferentes en las que estas válvulas de seguridad se diferencian, pero un rango común de bifurcación es el siguiente:

• COMO YO
• Elevar
• Flujo controlado
• Equilibrado
• Operado por energía
• Línea continua de elevación completa
• Carga de seguridad directa
• Maestro

La llave I de la Sociedad Estadounidense de Ingenieros Mecánicos (ASME) es un tipo de válvula de seguridad que se abre con respecto a 3% y 4% de presión (código ASME para aplicaciones de recipientes a presión) mientras que la válvula ASME VIII se abre a 10% de sobrepresión y se cierra a 7%. Las válvulas de seguridad de elevación se clasifican además como de elevación baja y elevación completa. Las válvulas de control de flujo regulan la presión o el flujo de un fluido, mientras que una válvula balanceada se usa para minimizar los efectos inducidos por la presión sobre las características operativas de la válvula en contexto.

Una válvula eléctrica es un tipo de válvula de alivio de presión en la que también se utiliza una fuente de alimentación externa para aliviar la presión. Una válvula de alivio proporcional se abre de manera relativamente estable en comparación con el aumento de la presión. Hay 2 tipos de válvulas de seguridad de carga directa, el primero de diafragma y el segundo de fuelle. los diafragmas son válvulas que saltan para la protección de los efectos de la membrana líquida, mientras que los fuelles proporcionan una disposición en la que las partes de los elementos giratorios y las fuentes se protegen de los efectos del líquido a través de los fuelles.

En una válvula maestra, la operación e incluso el inicio están controlados por el fluido que se descarga a través de una válvula piloto. Ahora que pasamos al panorama general, el segmento basado en válvulas de seguridad de presión se clasifica de la siguiente manera:

• Válvulas de presión térmica (utilizadas para proporcionar protección en caso de exceso de presión si el dispositivo experimenta un aumento de temperatura).
• Válvulas de flujo (entra en escena cuando es necesario liberar rápidamente grandes cantidades de gases o líquidos para revivir la presión creciente).
• Válvulas de cierre (utilizadas para cerrar una línea a base de fluido o gas y para detener el flujo de materiales).

En definitiva, válvulas de seguridad de presión, válvulas de alivio de presión, válvulas de alivio, válvulas de alivio pilotadas, válvulas de seguridad de baja presión, válvulas de seguridad de presión de vacío, etc. completan la gama de medidas de seguridad en calderas y dispositivos relacionados.

¿Cuál debe ser la capacidad de descarga de una válvula de seguridad?

Las válvulas de seguridad tienen diferentes capacidades de descarga. Estas capacidades se basan en el área geométrica del asiento del cuerpo aguas arriba y aguas abajo de la válvula. El diámetro de flujo es el diámetro geométrico mínimo aguas arriba y aguas abajo del asiento del cuerpo. 

La designación del tamaño nominal se refiere al diámetro del orificio de entrada. La capacidad de flujo teórica de una válvula de seguridad es el flujo másico a través de un orificio con la misma área de sección transversal que el área de flujo de la válvula. Esta capacidad no tiene en cuenta las pérdidas de flujo causadas por la válvula. Se mide la capacidad real y la capacidad de caudal certificada es la capacidad de caudal real reducida en 10%.

La capacidad de descarga de una válvula de seguridad depende de la presión establecida y la posición en un sistema. Una vez calculada la presión de tarado, se debe determinar la capacidad de descarga. Las válvulas de seguridad pueden estar sobredimensionadas o subdimensionadas según el caudal y/o la presión de ajuste de la válvula.

La capacidad de descarga real de una válvula de seguridad depende del tipo de sistema de descarga utilizado. En servicio líquido, las válvulas de seguridad son generalmente automáticas y accionadas por presión directa. 

Si quieres saber más sobre la capacidad de descarga de una válvula de seguridad, sigue leyendo este artículo.

¿Qué son las válvulas de seguridad?

Una válvula de seguridad se utiliza para proteger contra la sobrepresión en un sistema de fluidos. Su diseño permite una elevación en el disco, indicando que la válvula está a punto de abrirse. Cuando la presión de entrada supera la presión establecida, la guía se mueve a la posición abierta y el medio fluye hacia la salida a través del tubo piloto. Una vez que la presión de entrada cae por debajo de la presión establecida, la válvula principal se cierra y evita la sobrepresión. Hay cinco criterios para seleccionar una válvula de seguridad.

El primer y más básico requisito de una válvula de seguridad es su capacidad para controlar de manera segura el flujo de gas. Por lo tanto, la válvula debe poder controlar el flujo de gas y agua. La válvula debe poder soportar las altas presiones del sistema. Esto se debe a que el gas o el vapor provenientes de la caldera se condensarán y llenarán la tubería. El vapor humedecerá entonces el asiento de la válvula de seguridad.

El otro requisito importante para las válvulas de seguridad es su capacidad para evitar la acumulación de presión. Previenen condiciones de sobrepresión al permitir que escape líquido o gas. Las válvulas de seguridad se utilizan en muchas aplicaciones diferentes. Las líneas de gas y vapor, por ejemplo, pueden evitar daños catastróficos a la planta. También se conocen como válvulas de alivio de seguridad. Durante una emergencia, una válvula de seguridad se abrirá automáticamente y descargará gas o líquido a presión de un sistema presurizado, evitando que alcance niveles peligrosos.

¿Cuál debe ser la capacidad de descarga de una válvula de seguridad?

La capacidad de descarga de una válvula de seguridad se basa en el área del orificio, la presión de ajuste y la posición en el sistema. La capacidad de descarga de una válvula de seguridad debe calcularse con base en el flujo máximo a través de sus áreas de orificio de entrada y salida. Su tamaño nominal suele estar determinado por las especificaciones del fabricante. 

Su capacidad de descarga es el flujo máximo a través de la válvula que puede aliviar, basado en el flujo máximo a través de cada ruta de flujo individual o ruta de flujo combinada. La presión de descarga de la válvula de seguridad debe ser superior a la presión de funcionamiento del sistema. Como regla general, la presión de alivio debe ser 10% superior a la presión de trabajo del sistema.

Es importante elegir la capacidad de descarga de una válvula de seguridad en función de los tamaños de las tuberías de entrada y salida. Idealmente, la capacidad de descarga debe ser igual o mayor que la salida máxima del sistema. También se debe instalar una válvula de seguridad verticalmente y en un accesorio limpio. Al instalar una válvula, es importante utilizar una llave adecuada para la instalación. La tubería de descarga debe inclinarse hacia abajo para drenar cualquier condensado.

La capacidad de descarga de una válvula de seguridad se mide de diferentes maneras. La primera es la presión de prueba. Esta presión manométrica es la presión a la que se abre la válvula, mientras que la segunda es la presión a la que se vuelve a cerrar. Ambos se miden en un banco de pruebas bajo condiciones controladas. Una válvula de seguridad con una presión de prueba de 10 000 psi tiene una clasificación de 10 000 psi (según ASME PTC25.3).

La capacidad de descarga de una válvula de seguridad debe ser lo suficientemente grande para disipar un gran volumen de presión. Una válvula pequeña puede ser adecuada para un sistema más pequeño, pero una más grande podría provocar una explosión. En una planta de fabricación a gran escala, las válvulas de seguridad son críticas para la seguridad del personal y el equipo. Elegir el tamaño de válvula correcto para un sistema en particular es esencial para su eficiencia.

¿Cómo calcular la capacidad de descarga de una válvula de seguridad?

Antes de utilizar una válvula de seguridad, debe conocer su capacidad de descarga. Aquí hay algunos pasos que debe seguir para calcular la capacidad de descarga de una válvula de seguridad.

• Procedimientos de prueba

Para verificar la capacidad de descarga de una válvula de seguridad, la válvula de seguridad debe instalarse en la ubicación adecuada. Su tubería de entrada y salida debe limpiarse a fondo antes de la instalación. Es importante evitar el uso excesivo de cinta de PTFE y asegurarse de que la instalación sea sólida. La válvula de seguridad no debe exponerse a vibraciones ni esfuerzos indebidos. Al montar una válvula de seguridad, debe instalarse verticalmente y con la palanca de prueba en la parte superior. La conexión de entrada de la válvula de seguridad debe conectarse al recipiente o tubería con la longitud de tubería más corta. No debe ser interrumpido por ninguna válvula de aislamiento. La pérdida de presión en la entrada de una válvula de seguridad no debe exceder 3% de la presión de ajuste. 

• Cálculo de la capacidad de descarga de una válvula de seguridad

El dimensionamiento de una válvula de seguridad depende de la cantidad de fluido que se requiere controlar. La capacidad nominal de descarga es una función del área del orificio de la válvula de seguridad, la presión establecida y la posición en el sistema. Usando las especificaciones del fabricante para el área del orificio y el tamaño nominal de la válvula, se puede determinar la capacidad de una válvula de seguridad. El caudal de descarga se puede calcular utilizando el caudal máximo a través de la válvula o los caudales combinados de varios caminos. Al dimensionar una válvula de seguridad, es necesario considerar su capacidad de descarga tanto teórica como real. Idealmente, la capacidad de descarga será igual al área mínima.

• Configuración de la presión de trabajo máxima permitida

Para determinar la presión de ajuste correcta para una válvula de seguridad, considere los siguientes criterios. Debe ser inferior a la MAAP del sistema. Establecer una presión de 5% superior a la MAAP dará como resultado una sobrepresión de 10%. Si la presión establecida es superior a la MAAP, la válvula de seguridad no se cerrará. La MAAP nunca debe exceder la presión de ajuste. Una presión de ajuste demasiado alta dará como resultado un cierre deficiente después de la descarga. Dependiendo del tipo de válvula, una válvula convencional no puede manejar una variación de contrapresión de 10% a 15% de la presión establecida.