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UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA EQUINOCCIAL
FACULTAD DE CIENCIAS DE LA INGENIERÍA
CARRERA DE TECNOLOGÍA DE PETRÓLEOS
TEMA:
“APLICACIÓN DE VÁLVULAS DE DESAHOGO Y SEGURIDAD, MEDIANTE
SU OPERACIÓN, INSTALACIÓN Y MANTENIMIENTO, PARA EVITAR SOBRE
PRESIÓN EN LAS LÍNEAS DE RECEPCIÓN Y DESPACHO DE COMBUSTIBLE
DE PETROCOMERCIAL PERIODO 2010.”
Tesis previa la obtención del Título de
Tecnólogo de Petróleos
Elaborado por: Gustavo Falconí Hidalgo
Director de Tesis: Ing. Raúl Baldeón López
Quito-Ecuador
2010
I
II
UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA EQUINOCCIAL
FACULTAD DE CIENCIAS DE LA INGENIERÍA
CARRERA DE TECNOLOGÍA DE PETRÓLEOS
TEMA:
“APLICACIÓN DE VÁLVULAS DE DESAHOGO Y SEGURIDAD, MEDIANTE SU
OPERACIÓN, INSTALACIÓN Y MANTENIMIENTO, PARA EVITAR SOBRE
PRESIÓN EN LAS LÍNEAS DE RECEPCIÓN Y DESPACHO DE COMBUSTIBLE DE
PETROCOMERCIAL PERIODO 2010.”
Tesis previa la obtención del Título de
Tecnólogo de Petróleos
Elaborado por: Gustavo Falconí Hidalgo
Director de Tesis: Ing. Raúl Baldeón López
Carátula
Quito-Ecuador
2010
III
DECLARATORIA
Del contenido del presente trabajo se responsabiliza el autor:
GUSTAVO FERNANDO FALCONÍ HIDALGO
CI: 0201897840
IV
CARTA DEL DIRECTOR DE TESIS
Certifico por medio de la presente, haber dirigido y supervisado, la tesis de
“APLICACION DE VÁLVULAS DE DESAHOGO Y SEGURIDAD, MEDIANTE
SU OPERACIÓN, INSTALACIÓN Y MANTENIMIENTO, PARA EVITAR SOBRE
PRESIÓN EN LAS LÍNEAS DE RECEPCIÓN Y DESPACHO DE COMBUSTIBLE
DE PETROCOMERCIAL PERIODO 2010” que pertenece al señor Gustavo Fernando
Falconí Hidalgo.
Atentamente,
Ing. Raúl Baldeón
Director de Tesis.
V
CARTA DE LA EMPRESA
VI
DEDICATORIA
Este trabajo fruto de mi esfuerzo y dedicación va dirigida a mis maravillosos padres cuyo
amor, comprensión, ejemplo, incondicional apoyo y sobre todo confianza han sabido
orientarme y enseñarme a ser mejor cada día y de esta manera logre las metas que me he
propuesto. A mis hermanos que con su espontaneidad y cariño me han enseñado que las
cosas más bellas e importantes no se ven ni se tocan sino que se llevan en el corazón.
A todas aquellas personas que me han apoyado y han sido un aliciente en mi vida. A todos
tengo la satisfacción de brindarles un motivo más para que se sientan orgullosos de mí.
VII
AGRADECIMIENTO
Quiero empezar dando gracias a Dios, por permitirme culminar una de las etapas más
importantes de mi vida y deseo de todo corazón dejar constancia de un profundo y sincero
agradecimiento a mi director de tesis Ing. Raúl Baldeón López, quien me ha brindado su
amistad, apoyo y profesionalismo en el asesoramiento de mi proyecto.
Agradezco a la Universidad Tecnológica Equinoccial y a mis queridos y respetados
profesores, quienes con su sabiduría, experiencia y apoyo diario han logrado ser intérpretes
de mi formación tanto académica como personal.
A lo largo de mi carrera en esta prestigiosa universidad, he conocido personas muy
especiales que son dignas de admiración y que las llevo en mi corazón, he aprendido
muchas cosas valiosas, entendí que siempre se debe luchar por lo que se ama y que, lo
máximo que nos pueden decir es no pero jamás podrán quitarnos el deseo de ser cada día
mejores.
VIII
ÍNDICE GENERAL
Contenido Pág.
CARÁTULA ..................................................................................................................... II
DECLARATORIA .......................................................................................................... III
CARTA DEL DIRECTOR DE TESIS ............................................................................ IV
CARTA DE LA EMPRESA ..............................................................................................V
DEDICATORIA .............................................................................................................. VI
AGRADECIMIENTO .................................................................................................... VII
ÍNDICE GENERAL ...................................................................................................... VIII
ÍNDICE DE FIGURAS ................................................................................................. XIV
ÍNDICE DE IMÁGENES ............................................................................................... XV
ÍNDICE DE TABLAS .................................................................................................. XVI
RESUMEN .................................................................................................................. XVII
SUMMARY ............................................................................................................... XVIII
ÍNDICE DE CONTENIDOS
CAPÍTULO I ................................................................................................................... 1
1.INTRODUCCIÓN .......................................................................................................... 1
1.2 OBJETIVOS DE LA INVESTIGACIÓN ...................................................................... 2
1.2.1 Objetivo General ............................................................................................... 2
IX
1.2.2 Objetivos Específicos ........................................................................................ 2
1.3 JUSTIFICACIÓN DEL PROYECTO ........................................................................... 3
1.4 IDEA A DEFENDER ................................................................................................... 4
1.5 MARCO TEÓRICO ..................................................................................................... 5
1.6 METODOLOGÍA ........................................................................................................ 8
1.6.1 Métodos.......................................................................................................... 8
1.6.2 Técnicas .......................................................................................................... 8
CAPÍTULO II .................................................................................................................. 9
2. GENERALIDADES ...................................................................................................... 9
2.1 DISPOSITIVOS PARA DESAHOGO DE PRESIÓN ................................................. 10
2.1.1 Clasificación de las válvulas de seguridad ....................................................... 11
2.1.2 Partes de una válvula de desahogo de presión ................................................. 12
2.1.3 Funcionamiento ............................................................................................... 14
2.1.4 Símbolos de las válvulas de seguridad y alivio ................................................. 16
2.1.5 Válvula de seguridad ....................................................................................... 18
2.1.6 Válvula de desahogo ....................................................................................... 19
2.1.7 Válvulas de desahogo de seguridad ................................................................. 21
2.1.8 Válvulas operadas por piloto ........................................................................... 21
2.2 APLICACIONES ESPECIALES ................................................................................ 23
2. 3 DISPOSITIVO PARA DETECCIÓN Y DESAHOGO DE PRESIÓN......................... 24
2.3.1 Válvulas de seguridad y desahogo ................................................................... 24
2.3.1.2 Materiales de construcción ........................................................................ 25
X
2.3.1.3 Tamaños de orificio .................................................................................. 25
2.3.1.4 Discos de ruptura ...................................................................................... 25
2.4 EQUIPO PARA TRANSFERENCIA Y ELIMINACIÓN ........................................... 27
2.4.1 Tamaño de los componentes del sistema .......................................................... 28
2.4.2 Tubería de descarga, tambores de expulsión y sellos ........................................ 28
2.4.2.1 Diseño del sistema de desahogo ................................................................ 29
2.5 PROTECCIÓN CONTRA EXPLOSIONES INTERNAS ............................................ 30
2.5.1 Reacciones químicas........................................................................................ 30
2.6 DISEÑO DE UN SISTEMA DE TRANSFERENCIA Y ELIMINACIÓN ................... 31
2.6.1 Sistemas con una sola válvula .......................................................................... 32
2.6.2 Sistemas con válvulas múltiples ....................................................................... 32
2.7 VÁLVULAS DE DESAHOGO DE PRESIÓN PARA PLANTAS Y PROCESOS ....... 34
2.7.1 Válvulas de desahogo comerciales ................................................................... 35
2.7.2 Válvulas y dispositivos especiales para desahogo ........................................... 37
2.7.3 Tubería para válvulas de desahogo .................................................................. 37
2.7.3.1 Tubería de entrada y salida........................................................................ 38
2.7.3.2 Descarga abierta de la válvula de desahogo ............................................... 38
2.7.3.3 Sistemas con descarga cerrada .................................................................. 39
2.7.4 Control de la reducción de presiones altas ........................................................ 40
2.7.4.1 Gas limpio y seco ..................................................................................... 41
2.7.4.2 Autorrefrigeración .................................................................................... 41
2.7.4.3 Formación de sólidos ................................................................................ 42
2.7.4.4 Líquido de vaporización instantánea ......................................................... 42
XI
2.7.4.5 Líquidos que producen cavitación ............................................................. 43
2.7.5 Reducción de presión de pastas aguadas .......................................................... 43
2.7.6 Sensibilidad de las válvulas de desahogo según la longitud de las tuberías de
entrada y salida ........................................................................................................ 45
2.7.6.1 Discos de ruptura para gases y líquidos ..................................................... 45
2.7.6.2 Discos de ruptura para baja presión de reventamiento ............................... 46
2.7.6.3 Factores que influyen en los discos de ruptura de baja presión .................. 46
2.7.6.4 Materiales para disco de ruptura ................................................................ 46
2.7.6.5 Revestimiento y películas de plásticos ...................................................... 47
CAPÍTULO III ............................................................................................................... 50
3. TERMINAL DE PRODUCTOS LIMPIOS EL BEATERIO ........................................ 50
3.1 LÍNEAS DE RECEPCION Y DESPACHO DE COMBUSTIBLES DE LA TERMINAL
DE PRODUCTOS LIMPIOS EL BEATERIO .................................................................. 50
3.1.1 Estación reductora ........................................................................................... 50
3.1.2 Estación de bombeo ......................................................................................... 51
3.1.3 Área de bombas y líneas de tanques de almacenamiento .................................. 54
3.1.4 Cuarto de motor ............................................................................................... 55
3.1.5 Área de carga y distribución ............................................................................ 55
3.2 TRANSIENTES ......................................................................................................... 57
3.2.1 Causas de presiones de surgencia o sobrepresiones .......................................... 59
3.2.2 Manejo de la presión de surgencia ................................................................... 63
3.2.3 Dispositivos para el control de una surgencia ................................................... 64
XII
3.3 INSTALACIÓN DE VÁLVULAS DE DESAHOGO ................................................. 66
3.3.1 Sugerencias para instalación ........................................................................... 69
3.4 OPERACIÓN Y PUESTA EN MARCHA DE LAS VÁLVULAS DE SEGURIDAD. . 71
3.5 MANTENIMIENTO .................................................................................................. 76
3.5.1 Definiciones generales ..................................................................................... 76
3.5.1.1 Mantenimiento preventivo ........................................................................ 77
3.5.1.2 Mantenimiento correctivo ......................................................................... 77
3.5.2 Procesamiento para el mantenimiento de válvulas de seguridad (Psv’s) ......... 81
CAPÍTULO IV ............................................................................................................... 89
4. LIMITACIONES DE LAS VÁLVULAS DE SEGURIDAD ......................................... 89
4.1. MAL FUNCIONAMIENTO DE LAS VÁLVULAS DE SEGURIDAD ..................... 89
Procedimiento para determinar fallas de válvulas de desadoho……………………………89
4.1.1 Fugas o escurrimiento ...................................................................................... 90
4.1.2 Traqueteo ........................................................................................................ 92
4.1.3 Disparo prematuro ........................................................................................... 92
4.1.4 Erosión ............................................................................................................ 93
4.1.6 Cavitación ....................................................................................................... 95
4.2 UNIDAD DE MANTENIMIENTO DE LA TERMINAL DE PRODUCTOS LIMPIOS
EL BEATERIO ................................................................................................................ 97
4.2.1 Mantenimiento preventivo de las válvulas de alivio de presión ....................... 97
4.2.1.1 Limpieza .................................................................................................101
4.2.1.2 Calibración ..............................................................................................102
XIII
4.3 Recomendaciones precias la instalación, operación y mantenimiento de válvulas de
desahogo……………………………………………………………..……………………104
CAPÍTULO V ...............................................................................................................106
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ...............................................................106
5.1 CONCLUSIONES ....................................................................................................106
5.2 RECOMENDACIONES ...........................................................................................107
BIBLIOGRAFÍA ............................................................................................................108
GLOSARIO ....................................................................................................................109
ANEXOS ........................................................................................................................115
Asme Sección VIII, División 1 Apéndice M, Edición 1992 I / Instalación Y Operación .115
Norma API- RP 520 Parte II Instalación De Válvulas ....................................................120
Calibración de válvulas de desahogo……………………………………………………..123
XIV
ÍNDICE DE FIGURAS
Figuras Pág.
Figura 1: Elementos constituyentes de una válvula de seguridad ...................................... 12
Figura 2: Principios de una válvula de seguridad .............................................................. 15
Figura 3: Símbolos típicos de válvulas de seguridad y discos de ruptura. .......................... 16
Figura 4: Válvula de seguridad ......................................................................................... 18
Figura 5: Válvula de seguridad ......................................................................................... 19
Figura 6: Válvula de desahogo ......................................................................................... 20
Figura 7: Válvula de desahogo de seguridad..................................................................... 21
Figura 8: Válvula de seguridad operadas por piloto ......................................................... 23
Figura 9: Discos de ruptura .............................................................................................. 26
Figura 10: Bridas para instalar discos de ruptura ............................................................. 26
Figura 11: Válvulas de desahogo para plantas y procesos ................................................. 34
Figura 12: Sentido de flujo en las válvulas ....................................................................... 71
Figura 13: Posición de la válvula de alivio ....................................................................... 72
XV
ÍNDICE DE IMÁGENES
Imagen Pág.
Imagen 1: Válvulas del poliducto esmeraldas - quito / poliducto shushufindi - quito ........ 51
Imagen 2: Estación de bombeo ......................................................................................... 51
Imagen 3: Las válvulas de seguridad primarias - secundarias ........................................... 52
Imagen 4: Válvulas de alivio ............................................................................................ 53
Imagen 5: Tanques de alivio YT-1622 / YT-1621 ........................................................... 54
Imagen 6: Área de bombas ............................................................................................... 54
Imagen 7: Cuarto de motor ............................................................................................... 55
Imagen 8: Área de carga y distribución ............................................................................ 56
Imagen 9: Isla de carga # 3 ............................................................................................... 56
Imagen 10: Unidad de mantenimiento de la terminal de productos limpios el beaterio ..... 98
Imagen 11: Válvula de alivio anderson............................................................................. 99
Imagen 12: Reparación de una válvula de alivio anderson ..............................................100
Imagen 13: O-ring’s de teflón .........................................................................................100
Imagen 14: Partes internas y externas de las válvulas anderson. ......................................101
Imagen 15: Calibrador de bomba manual ........................................................................102
Imagen 16: Tornillo y contra tuerca de calibración de la válvula ....................................103
XVI
ÍNDICE DE TABLAS
Tabla Pág.
Tabla 1: Código de identificación de instrumentos ........................................................... 17
Tabla 2: Características generales, ventajas y desventajas y usos típicos de los dispositivos
de desahogo de presión .................................................................................................... 48
Tabla 3: Poliductos .......................................................................................................... 50
Tabla 4: Otras causas de presiones de surgencia o sobrepresión ....................................... 61
Tabla 5: Consideraciones previas a la instalación de válvulas de alivio y seguridad.......... 67
Tabla 6: Consideraciones para la operación de válvulas de alivio y seguridad .................. 74
Tabla 7: Aspectos importantes del mantenimiento de válvulas en el campo ...................... 79
XVII
RESUMEN
En el presente trabajo de investigación, llamado APLICACIÓN DE VÁLVULAS DE
DESAHOGO Y SEGURIDAD, MEDIANTE SU OPERACIÓN, INSTALACIÓN Y
MANTENIMIENTO, PARA EVITAR SOBRE PRESIÓN EN LAS LÍNEAS DE
RECEPCIÓN Y DESPACHO DE COMBUSTIBLE DE PETROCOMERCIAL
PERIODO 2010, está principalmente enfocado en los problemas mecánicos de las válvulas
de alivio y seguridad, ocasionados por un deficiente mantenimiento, instalación y
operación; al igual que las distintas causas que ocasionan sobrepresiones en un proceso.
Con esta investigación, los principales parámetros para un funcionamiento óptimo del
proceso de despacho y recepción de combustibles, depende de un mantenimiento
preventivo a cada una de las unidades que intervienen en el proceso, ya sean de los equipos
rotativos (motores eléctricos, bombas, dosificadores, generadores, medidores, etc.), o
equipos estáticos (válvulas de seguridad, de compuerta, de bola, etc.).
Dentro de esta investigación, se dan a conocer los principios de funcionamiento, estructura
mecánica, fallas, y aplicaciones de las válvulas de alivio y seguridad. Se enuncian las
normas internacionales (API, ASME), que se contemplan previos a la instalación,
mantenimiento y operación de las válvulas; al igual que las recomendaciones y
consideraciones establecidas por los fabricantes.
XVIII
SUMMARY
In the present work of investigation, call APPLICATION OF RELIEF VALVES AND
SECURITY, BY MEANS OF ITS OPERATION, INSTALLATION AND
MAINTENANCE, TO AVOID OVERPRESSURE IN LINES OF RECEPTION AND
FUEL DISPATCH OF PETROCOMERCIAL PERIOD 2010, mainly it is focused in
the mechanical problems of the relief valves and security, caused by a deficient
maintenance, installation and operation; like the different causes that cause overpressures in
a process.
With this investigation, main parameters for an optimal operation of the dispatch process
and fuel reception, depend on a preventive maintenance to each one of the units that take
part in the process, already are of the rotating equipment (electrical motor, pumps,
dispensers, generators, meters), or static equipment (safety valves, ball, floodgate).
Inside of this investigation, they occur to know the principles operation, mechanical
structure, faults, and applications of the relief valves and security. The international norms
are enunciated (API, ASME), that are contemplated previous to the installation,
maintenance and operation of the valves; like the recommendations and considerations
established by the manufacturers.
CAPÍTULO I
1
CAPÍTULO I
1. INTRODUCCIÓN
Las plantas de procesos tienen equipos que se puede averiar con los cambios bruscos en
la presión. Por fortuna, en muchos estándares internacionales (ASME, API, ASTM) se
han incluido los procedimientos para enfrentarse a los cambios bruscos en la presión, y
estos códigos representan prácticas de ingeniería.
Los sistemas de desahogo, además de cumplir con los estándares, deben seguir los
principios surgidos por sentido común y experiencia. Con frecuencia, una válvula de
desahogo debe proteger equipo sometido a sobrepresiones por una serie de causas sin
relación entre sí; por ejemplo, una columna de fraccionamiento podría estar sometida a
sobrepresión por un incendio externo, descarga obstruida, falta de reflujo; falla de la
electricidad, del agua de enfriamiento o de los instrumentos. El tamaño de la válvula de
desahogo y sus características, se determinarán dependiendo de cada una de las
variables del proceso (presión, temperatura, tipo de fluido, etc.)
Siempre que pueda estar presente un combustible, es necesario proteger un recipiente de
presión con una válvula de desahogo de seguridad lo bastante grande para manejar los
vapores generados por un incendio externo. El sistema de tubería de descarga se debe
diseñar de modo que la contrapresión no suba hasta el punto en que disminuya la
capacidad de la válvula para proteger el recipiente.
Es necesario tener en consideración que la aplicación, instalación y mantenimiento de
válvulas de desahogo y seguridad en cualquier proceso industrial es de vital
importancia, debido a que no sólo se precautela las condiciones de operación y correcto
funcionamiento del proceso; sino existen factores igual de importantes tales como:
2
proteger al personal contra los peligros de sobrepresión en el equipo, minimizar las
pérdidas materiales durante y después de una alteración en la operación, que haya
ocasionado sobrepresión durante un tiempo corto, reducir la pérdida de tiempo debida a
sobrepresión en la planta y otros aspectos más que estarán relacionados a los costos de
operación.
1.2 OBJETIVOS DE LA INVESTIGACIÓN
1.2.1 Objetivo General
Presentar un documento sobre la importancia de conocer la aplicación y uso de las
válvulas de desahogo y seguridad, a fin de evitar una sobrepresión en las líneas que
transportan combustibles.
1.2.2 Objetivos Específicos
Describir los conceptos relacionados a válvulas de seguridad, para instaurar un
lenguaje claro y sencillo de los términos involucrados en el tema a investigar y
plantear las medidas preventivas para disminuir los excesos de presión en el
sistema de despacho de combustibles, a causa de una falla mecánica en los
dispositivos de alivio de presión.
Determinar las recomendaciones previas a la instalación, operación y
mantenimiento de las válvulas de seguridad, para definir cuáles son las acciones
a realizar para un óptimo desempeño de los dispositivos de alivio de presión
dentro del sistema de despacho y recepción de combustibles de Petrocomercial.
3
1.3 JUSTIFICACIÓN DEL PROYECTO
Esta investigación, está referida a un análisis a fondo sobre la importancia de la
operación, instalación y mantenimiento de válvulas de desahogo y seguridad, vinculado
al proceso de despacho y recepción de combustibles de Petrocomercial. Con esta
investigación se busca identificar cuáles son los beneficios de estas válvulas para los
procesos, al igual que las ventajas que se originan en su normal y óptimo
funcionamiento o los problemas que acarreen una falla en su operabilidad.
El análisis de la operación de válvulas de desahogo y seguridad, implica muchos
aspectos, tanto teóricos como técnicos para lo cual se empleará un método
explícitamente Científico debido a la complejidad de cada uno de los puntos
considerados en la investigación, basándonos en documentos bibliográficos
relacionados, a más de visitas al campo.
Una vez documentado, los aspectos que envuelven este tema, esta investigación
permitirá tomar acciones preventivas, correctivas al momento de tomar la decisión; ya
sea reemplazar, reparar o instalar una válvula de desahogo o de seguridad en líneas de
flujo, tanques, oleoducto u otros elementos empleados en cualquier proceso industrial.
El mantenimiento extenso de las válvulas de una tubería, aunque esté fuera de servicio,
sólo se hace en circunstancias inusitadas. El grado de reparaciones con las válvulas
instaladas está limitado por su diseño. Es mucho más conveniente desmontar una
válvula con bridas e instalar una de repuesto, que intentar repararla instalada, aunque el
diseño de la válvula permita hacer ciertas reparaciones sin desmontarla. A veces, a las
válvulas grandes se les puede dar servicio cuando están instaladas, pues puede ser difícil
desmontarlas para llevarlas al taller.
4
Las válvulas que se pueden reparar sin desmontarlas, para corregir problemas con el
asentamiento e instalar nuevos discos o sellos de asiento, son las de compuerta, globo,
retención, macho, bola de entrada superior y diafragma.
1.4 IDEA A DEFENDER
Se realizará un estudio de los dispositivos de desahogo de presión (funcionamiento,
tipos, limitaciones, aplicaciones); causas que originan sobrepresiones en un poliducto,
con la finalidad de citar algunas sugerencias de instalación, operación y mantenimiento
preventivo de las válvulas de desahogo, para prevenir fallas mecánicas de dichos
dispositivos y evitar sobrepresiones ocasionadas por fallas en las válvulas de alivio de
presión.
5
1.5 MARCO TEÓRICO
Una válvula de alivio de presión, es un dispositivo de seguridad diseñado para proteger
un recipiente a presión o sistema durante un evento de sobrepresión. Un evento de
sobrepresión se refiere a cualquier condición que podría causar exceso de presión en
cualquier sistema, y ésta sobrepase la presión de diseño especificado o la presión
máxima de trabajo admisible. Dado que las válvulas de alivio de presión son
dispositivos de seguridad, hay muchos códigos y normas escritas para controlar su
diseño, aplicación, instalación y mantenimiento. El propósito de esta tesis es
familiarizarse con los distintos parámetros implicados en la instalación, mantenimiento
y operación de una válvula de alivio de presión y proporcionar las acciones preventivas
y correctivas en el caso de que las causas de la sobrepresión del sistema sean
ocasionadas por una mala operación, instalación o mantenimiento inadecuado;
información la cual será considerada de manuales y libros específicos sobre el tema de
válvulas.
Muchos sistemas electrónicos, neumáticos e hidráulicos existen en la actualidad para
controlar las variables del sistema de líquidos, tales como presión, temperatura y flujo.
Cada uno de estos sistemas requiere una fuente de alimentación de algún tipo, tales
como la electricidad o aire comprimido para poder funcionar. Una válvula de alivio de
presión debe ser capaz de operar en todo momento, especialmente durante un período de
fallo de alimentación cuando los controles de sistema son no funcionales. La única
fuente de energía para la válvula de alivio de presión, es el líquido de proceso. Una vez
que se produce una condición que causa la presión en un sistema o proceso, aumentará a
un nivel peligroso, la válvula de alivio de presión puede ser el único dispositivo restante
que evitará una falla catastrófica. La fiabilidad está directamente relacionada con la
6
complejidad del dispositivo, es importante que el diseño de la válvula de alivio de
presión deba ser tan simple como sea posible. La válvula de alivio de presión debe abrir
a una presión de conjunto predeterminada, una capacidad nominal en una sobrepresión
especificado de flujo y cerrar cuando la presión del sistema se ha vuelto a un nivel
seguro.
Las válvulas de alivio de presión deben estar diseñadas con materiales compatibles con
muchos fluidos de proceso desde el aire simple y el agua, hasta los más corrosivos.
También deben ser diseñados para operar de manera coherente suave y estable en una
variedad de líquidos y fases líquidas.
Por fortuna, en muchos códigos se han incluido los procedimientos para enfrentarse a
los cambios bruscos de la presión, y estos códigos representan prácticas de ingeniería.
La norma API-RP 520, “Práctica recomendada para el diseño e instalación de sistemas
de desahogo de presión en refinerías”, Parte 1, diseño, es adecuado para determinar las
cargas que se deben desahogar y aunque se aplica en particular a las refinerías de
petróleo, también es pertinente para todos los tipos de plantas de proceso.
Sin embargo, el ingeniero se encuentra aún con el problema de seleccionar un
dispositivo de desahogo para una situación específica; hay disponibles diversos tipos de
ellos. Aunque ninguno es adecuado para todos los servicios, cada uno es idóneo para
una aplicación particular. Los sistemas de desahogo, además de cumplir con los códigos
respectivos, deben seguir los principios surgidos por sentido común y experiencia. Con
frecuencia, una válvula de desahogo debe proteger equipo sometido a sobrepresiones
por una serie de causas sin relación entre sí.
7
Los sistemas de desahogo de presión protegen al personal y al equipo contra un
funcionamiento anormal de un proceso. Algunas condiciones que pueden ocasionar
presiones excesivas son: Exposición al fuego u otras fuentes externas de calor.
Calentamiento o enfriamiento del líquido retenido entre las válvulas o alguna
otra sección cerrada del sistema que produce una dilatación hidráulica.
Falla mecánica de los dispositivos normales de seguridad, mal funcionamiento
del equipo de control u operación manual incorrecta que produce llenado en
exceso del equipo.
Producción de más vapores de los que puede manejar el sistema, después de una
alteración en el funcionamiento.
Generación inesperada de vapores como resultado de desequilibrio del calor en
el proceso.
Reacción química con generación de calor y producción de gas (vapores) en
exceso de la capacidad del sistema.
Cabe suponer que una válvula de control que está abierta al ocurrir una alteración
seguirá funcionando salvo que la causa de la alteración haya ocasionado la falla de la
válvula. Siempre que pueda estar presente un combustible, es necesario proteger un
recipiente de presión con una válvula de desahogo de seguridad lo bastante grande para
manejar los vapores generados por un incendio externo, con lo cual se asegurará el
óptimo y normal funcionamiento del sistema sin poner en riesgo las instalaciones y al
personal.
8
1.6 METODOLOGÍA
1.6.1 Métodos
El presente proyecto sobre la aplicación de válvulas de desahogo y seguridad busca
mencionar cuáles serán las recomendaciones de instalación, operación y mantenimiento
de las mismas para lo cual se requiere de la aplicación del método Inductivo.
Con este proyecto se busca determinar, cuales son los problemas (fugas, liqueo,
cavitación, daños mecánicos, etc.) suscitados en las válvulas en operación en una línea
de transferencia o recepción de fluidos (combustible), para lo cual el método más
adecuado es el Analítico debido nuestros requerimientos. Debido a la complejidad de
los términos empleados, a más del contenido referente a válvulas de desahogo y
seguridad es de suma importancia considerar el método científico.
1.6.2 Técnicas
Para complementar la investigación teórica la observación será de forma directa;
realizando visitas de campo y laboratorio.
CAPÍTULO II
9
CAPÍTULO II
2. GENERALIDADES
La válvula de alivio de presión es una válvula que se abre automáticamente para aliviar
la presión de la línea que es mayor de los limites seguros de la operación. Las válvulas
de alivio de presión garantizan la seguridad del personal y la integridad del equipo
debido a que cuando la presión en la línea se acumula por encima de los límites
permitidos drenan el líquido extra hacia un sistema de sumidero.
Una válvula de alivio de presión debe ser capaz de operar en todo momento,
especialmente durante un período de fallo de alimentación cuando los controles de
sistema son no funcionales. La única fuente de energía para la válvula de alivio de
presión, es el líquido del proceso. Una vez que se produce una condición que causa la
presión en un sistema o recipiente aumentará a un nivel peligroso, la válvula de alivio
de presión puede ser el único dispositivo restante que evitará una falla catastrófica.
Su fiabilidad está directamente relacionada con la complejidad del dispositivo, es
importante que el diseño de la válvula de alivio de presión sea tan simple como sea
posible. La válvula de alivio de presión debe abrirse a una presión de conjunto
predeterminada, una capacidad nominal en una sobrepresión especificada de flujo; y
cerrar cuando la presión del sistema se ha vuelto a un nivel seguro. Válvulas de alivio
de presión deben estar diseñadas con materiales compatibles con muchos fluidos de
proceso desde el aire simple y el agua a los medios de comunicación más corrosivos.
También deben ser diseñados para operar de manera coherente suave y estable en una
variedad de líquidos y fases líquidas.
10
2.1 DISPOSITIVOS PARA DESAHOGO DE PRESIÓN1
Válvula de seguridad (Safety Valve): Una válvula de seguridad es una válvula de
relevo de presión que es accionada por la presión estática que entra en la válvula, y cuyo
accionamiento se caracteriza por una rápida apertura audible o disparo súbito. Sus
principales aplicaciones son en el manejo de vapor de agua o aire.
Válvula de desahogo o de alivio- (Relief Valve): es un dispositivo de alivio de presión
actuado por la presión estática aguas arriba de la válvula, manteniendo una apertura
gradual generalmente proporcional al incremento de presión sobre la presión de
apertura. Pueden venir proporcionadas de un bonete o cubierta de resorte cerrado
adecuada en aplicaciones de sistemas de descarga cerrados son principalmente usadas
para servicios líquidos.
Tipos de dispositivos de alivio de presión.- Existen dos tipos de dispositivos de alivio
de presión:
Válvulas de alivio de presión: válvulas de seguridad (actuadas por resorte,
válvulas de alivio actuadas por resorte, válvula de protección presión/vacío,
válvulas de alivio de seguridad
Discos de ruptura, Pin de ruptura.
1Safety Relief Valves, Rugby, UK, Relief Systems Handbook, Institution of Chemical Engineers, 1992,
Pág. 169- 176.
11
2.1.1 Clasificación de las Válvulas de Seguridad
a) Según su elevación
Válvulas de seguridad de apertura instantánea.- Cuando se supera la presión
de tarado la válvula abre repentinamente y totalmente.
Válvulas de alivio de presión.- Cuando se supera la presión de tarado, la
válvula se abre proporcionalmente al aumento de presión.
b) Según su actuación
Válvulas de actuación directa.- Son válvulas cargadas axialmente, que al
alcanzar la presión de tarado abre automáticamente debido a la acción del fluido
a presión sobre el cierre de la válvula.
Válvulas de actuación indirecta.- Son válvulas accionadas por piloto. Deben
actuar debidamente sin ayuda de ninguna fuente exterior de energía.
c) Según su agrupación
Válvulas de seguridad sencilla.- Son las que alojan en su cuerpo a un solo
asiento de válvula.
Válvulas de seguridad dobles o múltiples.- Son las que alojan en su cuerpo
dos o más asientos de válvulas.
d) Según su conexión
bridadas
Roscadas
Soldadas
12
2.1.2 Partes de una válvula de desahogo de presión
Los mecanismos de las válvulas de seguridad y desahogo, están dados según los diseños
de los fabricantes; existiendo una gran variedad de válvulas que poseen muchas partes u
otras con un menor número de partes. A continuación se verá un ejemplo de los
elementos que constituyen una válvula de seguridad.
Figura 1: Elementos constituyentes de una válvula de seguridad
Fuente: www.quiminet.com
Elaborado Por: Quiminet
13
1.-Capucha; capuchón; caperuza: Elemento externo de la válvula que cubre al
tornillo de ajuste para protegerlo del medio ambiente, evitar que se modifique la
calibración de la válvula, y que el fluido escape por la parte superior.
2.-Tensor: Es un dispositivo que está diseñado para minimizar la cantidad de aire
presente en la cámara de presión.
3.-Contratuerca: Tuerca auxiliar que se superpone a otra para evitar que esta se afloje
por efecto de la vibración o por otras causas.
4.-Precinto, Precinto de seguridad y precinto plástico. Un precinto es un dispositivo
físico numerado que se coloca sobre mecanismos de cierre para atestiguar sobre
accionamientos (aperturas) no autorizados de los mismos. Una vez colocados no pueden
ser removidos sin provocar su destrucción.
5.-Resorte: Elemento interno de la válvula que proporciona la fuerza o carga que
mantendrá al disco cerrando el pasaje de flujo, mientras la presión del fluido esté por
debajo de la presión de calibración.
6.-Vástago; flecha: Elemento interior de la válvula que transmite la fuerza del resorte
hacia el disco y que también sirve de guía para las partes móviles de la válvula y
mantener la colinealidad de las fuerzas en todo momento.
7.-Tapa Guía: Elemento interno de la válvula que induce el alineamiento y
deslizamiento de las partes móviles.
8.-Obturador: Es el elemento que hace que la sección de paso varíe, regulando el
caudal y por tanto la pérdida de presión.
9.- Tornillo de fijación del anillo de ajuste: Elemento de la válvula que permite
calibrar (ajustar) la tensión del resorte para que la válvula actúe a la presión deseada.
14
10.-Tobera; boquilla: Elemento interno de la válvula que constituye el pasaje de flujo
desde la conexión al recipiente hasta el asiento, pasaje a través del cual entra y se
conduce el fluido, y que es obturado por medio del disco u otro elemento móvil.
11.-Palanca; dispositivo de levante: Mecanismo que permite el accionamiento manual
de la válvula a una presión menor a la de ajuste, reduciendo la fuerza ejercida sobre el
disco. Con la operación manual se verifica el estado de libertad que guardan las partes
móviles de la válvula.
12.-Cúpula o arcada; Bonete; cámara de resorte: Elemento externo de la válvula que
aloja al resorte y vástago. También se le conoce como bonete cerrado.
14.-Cuerpo: Elemento externo de la válvula que contiene las partes interiores y que
posee una conexión de entrada y salida, las cuales pueden ser roscadas, bridadas o de
otro tipo.
15.-Anillo de ajuste; corona; engrane: Es el elemento interno de la válvula cuya
posición modifica las fuerzas de apertura y cierre de la misma, para lograr los requisitos
marcados por las especificaciones de funcionamiento. Las válvulas de seguridad poseen
dos anillos de ajuste (anillo de tobera y anillo superior o guía); las válvulas de
seguridad-alivio solamente poseen el anillo de la tobera, y las válvulas de alivio pueden
o no poseer este último.
2.1.3 Funcionamiento
La válvula de seguridad opera mediante la liberación de un volumen de líquido del
interior de la línea de transferencia, cuando se alcanza una presión máxima determinada,
lo que reduce el exceso de presión en una manera segura. Como la válvula de seguridad
15
puede ser el único dispositivo restante para evitar una falla catastrófica en condiciones
de sobrepresión, es importante que cualquiera de esos productos sea capaz de operar en
todo momento y bajo todas las condiciones posibles.
Son actuadas por la energía de la presión estática. Cuando en el recipiente o sistema
protegido por la válvula se produce un aumento de presión interna, hasta alcanzar la
presión de tarado, la fuerza ejercida por el muelle es equilibrada por la fuerza producida
por la presión sobre el área del disco de cierre (Fig. 2). A partir de aquí, un pequeño
aumento de presión producirá el levantamiento del disco de cierre y permitirá la salida
del fluido. Si se trata de una válvula de seguridad de apertura instantánea, el disco de
cierre se separará repentina y totalmente, debido al incremento de la fuerza resultante
del producto de la presión por el incremento del área del disco de cierre.
Las válvulas están bajo carga de resorte, salvo que operen con un piloto del tipo de falla
sin peligro, y se utilizan para vapor o aire tienen una palanca para abrir la válvula si la
presión del recipiente no es mayor del 75 % de la presión de desahogo.
Figura 2: Principio de una válvula de seguridad
Fuente: www.spiraxsarco.com
Elaborado Por: Spiraxsarco
16
2.1.4 Símbolos de las válvulas de seguridad y alivio
Los símbolos comúnmente utilizados para designar a las válvulas de relevo de presión
son los que se muestran en la figura 3.
Figura 3: Símbolos típicos de válvulas de seguridad y discos de ruptura.
Fuente: Creus. A - Instrumentación industrial
Elaborado Por: Antonio Creus Solé
Las abreviaturas que se utilizan en las válvulas de relevo de presión son las siguientes
(Ver Tabla 1):
PRV Válvula de Relevo de Presión.
PSV Válvula de seguridad.
VR; RV Válvula de relevo.
SRV; VS; SV Válvula de seguridad.
17
Tabla 1: Código de identificación de instrumentos
Código de Identificación de Instrumentos
PRIMERA LETRA (4) LETRAS SUCESIVAS (3)
VARIABLE
MEDIDA O
INICIAL
LETRA DE
MODIFICACIÓN
LETRA O
FUNCIÓN DE
LECTURA
PASIVA
FUNCIÓN DE
SALIDA
LETRA DE
MODIFICACI
ÓN
A Análisis( 5,19) Alarma
B Quemador,
combustión Libre (1) Libre (1) Libre (1)
C Libre (1) Control (13)
D Libre (1) Diferencial (4)
E Tensión (f.e.m)
Sensor (Elemento
Primario)
F Caudal Relación (4)
G Libre (1)
Vidrio,Dispositivo visión (9)
H Manual Alto (7,15,16)
I Corriente
(eléctrica) Indicar (10)
J Potencia Exploración (7)
K
tiempo,
programación
tiempo
Variación de tiempo
(4,21)
Estación de
Control (22)
L Nivel Luz (11) Bajo (7,15,16)
M Libre (1) Momentáneo (4)
Medio, (7,15)
Intermedio
N Libre (1) Libre (1) Libre (1) Libre (1)
O Libre (1)
Orificio,
restricción
P Presión, Vacio
Punto (Ensayo),
Conexión
Q Cantidad Integrar, Totalizar (4)
R Radiación Registro (17)
S Velocidad,
Frecuencia Seguridad (8) Interruptor (13)
T Temperatura Transmisión (18)
U Multivariable
(6) Multifunción (12) Multifunción (12)
V
Vibración,
Análisis
mecánico (19)
Válvula,
Regulador tiro,
Persiana (13)
W Peso, Fuerza Vaina, Sonda
X Sin clasificar (2) Eje X Sin clasificar (2) Sin clasificar (2) Sin clasificar(2)
Y Evento, Estado
o Presencia EjeY
Relé, Cálculo,
Conversión
(13,14,18)
Z Posición,
Dimensión Eje Z
Motor,Actuador,Elemento final de
Control sin
clasificar
Fuente: Creus. A - Instrumentación Industrial
Elaborado Por: Gustavo Falconí
18
2.1.5 Válvula de seguridad
Es un dispositivo automático; para desahogo de presión accionado por la presión
estática corriente arriba de la válvula y se caracteriza por su acción de disparo para la
plena apertura, se utiliza en servicios con gas o vapores. (Fig. 4 -5).
Se aplica en general a las utilizadas en servicio para vapor de calderas y suele tener las
siguientes características: Conexiones de entrada con brida o extremo soldado; boquilla
completa o semiboquilla; resorte descubierto; palanca de elevación
Las válvulas de seguridad utilizadas para vapor supercalentado de más de 450 °F deben
tener cuerpos, bonetes y husillos de acero al carbón o de mejor calidad y los resortes
deben estar totalmente al descubierto.
Figura 4: Válvula de seguridad
Fuente: RICHARD W. GREENE; Válvulas, selección uso y mantenimiento
Elaborado Por: Richard W. Greene
19
Figura 5: Válvula de seguridad
Fuente: RICHARD W. GREENE; Válvulas, selección uso y mantenimiento
Elaborado Por: Richard W. Greene
2.1.6 Válvula de desahogo
Es un dispositivo automático; para desahogo de la presión accionado por la presión
estática corriente arriba de la válvula y que tiene apertura proporcional con el aumento
en la presión en la relación con la de funcionamiento, su servicio es para líquidos. Los
discos de ruptura se pueden utilizar en lugar de las válvulas de seguridad como
protección contra la corrosión y para evitar fugas. (Fig.6)
20
Figura 6: Válvula de desahogo
Fuente: RICHARD W. GREENE; Válvulas, selección uso y mantenimiento
Elaborado Por: Richard W. Greene
Se debe aplicar a una válvula diseñada para servicio con líquidos; casi todas estás
válvulas son pequeñas y tienen rosca de tubo (NPT) en las conexiones. Se les llama de
boquilla en la base y significa que la boquilla de entrada no es una pieza aparte sino sólo
un agujero taladrado en la base del cuerpo. Todas estas válvulas tienen bonetes
cerrados. Un tipo, que es una válvula combinada reguladora y desahogo de presión se
utiliza en sistemas de aceite lubricante para bombas y compresores.
Las válvulas pequeñas, hechas de bronce, algunas con asiento elásticos, se emplean para
la dilatación térmica del agua de enfriamiento en los intercambiadores de calor de casco
y tubos.
21
2.1.7 Válvulas de desahogo de seguridad
La ASME define las válvulas de desahogo de seguridad como: “Un dispositivo de
desahogo automático, accionado por presión, adecuado para uso como válvula de
seguridad o válvula de desahogo, según la aplicación”. Esta válvula puede tener todas
las características de ambos tipos, excepto que siempre tienen bonete cerrado. (Fig. 7)
Su aplicación más grande de las válvulas es en los recipientes de presión sin fuego,
según el Código de ASME. La válvula de desahogo, igual que la de seguridad, no se
debe emplear en servicio con polímeros salvo que la entrada esté aislada del líquido por
un disco de ruptura.
Figura 7: Válvula de desahogo de seguridad
Fuente: RICHARD W. GREENE; Válvulas, selección uso y mantenimiento
Elaborado Por: Richard W. Greene
2.1.8 Válvulas operadas por piloto
Las válvulas operadas por pilotos; son de desahogo de seguridad y no se deben utilizar
con pastas aguadas o polímeros porque pueden obstruir el piloto, son excelentes para
22
servicio con gas a alta presión a temperaturas menores de 300 °F y no se deben emplear
a temperaturas más altas, porque los sellos anulares tienen una temperatura limitada a
unos 350 °F. (Fig. 8)
Consisten en dos componentes: Principal y Piloto
La válvula principal tiene un pistón con superficie transversal más grande en el lado de
descarga (superior) que en lado de entrada.
La válvula de piloto bajo carga de resorte, que se abre a la presión para desahogo, aplica
la fuerza de un gas o un líquido a la misma presión que la del proceso.
La válvula asienta con más fuerza conforme aumenta la presión de funcionamiento; la
válvula se puede graduar a presiones muy ligeramente más altas que la de operación y
no oscilará.
Las válvulas operadas por pilotos tienen cuando menos, otras tres ventajas:
Si la tubería lo permite, se pueden operar a control remoto para la purga manual
del sistema.
Si se monta la válvula piloto cerca del recipiente protegido, la válvula principal
puede estar a una distancia considerable y no se moverá porque la válvula piloto
no está expuesta a los efectos de las pérdidas por fricción en la tubería
Las válvulas con piloto pueden soportar contrapresiones muy altas, hasta el 90%
de la presión graduada si tiene bridas de salida modificadas, lo cual las hace
ideales para la protección de compresores alternativos de etapas múltiples.
23
Figura 8: Válvula de seguridad operadas por piloto
Fuente: RICHARD W. GREENE; Válvulas, selección uso y mantenimiento
Elaborado Por: Richard W. Greene
2.2 APLICACIONES ESPECIALES
Las válvulas de seguridad se utilizan principalmente con gases compresibles y en
particular para los servicios de vapor y aire. Las válvulas de desahogo se utilizan
comúnmente en los sistemas de líquidos, especialmente para la capacidad inferior y el
trabajo de la expansión térmica. También se pueden utilizar en sistemas de bombeo
como dispositivos de desbordamiento de presión. Por ejemplo, las bombas reciprocantes
producen impulsos de presión que tienden a elevar el disco de una válvula de desahogo
y ocasionar fugas. Por ello, las válvulas en este servicio de debe graduar, cuando menos,
a 25 % más que la presión de funcionamiento.
Aunque su función primordial es la seguridad, las válvulas de seguridad también se
utilizan en las operaciones de proceso para evitar daños en el producto debido al exceso
de presión.
24
2. 3 DISPOSITIVO PARA DETECCIÓN Y DESAHOGO DE PRESIÓN
Los sistemas para desahogo de presión abarcan desde una sola válvula de desahogo o un
disco de ruptura y la tubería en un solo recipiente hasta lo más complejo sistemas de
tubería que incluyen muchas válvulas de desahogo conectadas en múltiple en un cabezal
común.
2.3.1 Válvulas de seguridad y desahogo
La válvula de seguridad “dispara” y abre del todo con sólo una ligera sobrepresión y
permanece abierta hasta que la presión baja a un valor definido y, después , cierra por
completo, sin embargo, esta acción solo ocurre cuando se maneja un fluido compresible.
La válvula de desahogo de seguridad operada por piloto funciona cerca de su valor de
graduación.
La presión del proceso aplica una carga por un orificio a un pistón diferencial en la
válvula principal. La válvula de piloto bajo carga de resorte se abre cuando se llega a la
presión graduada; con ésta descarga, la presión encima del pistón de la válvula
principal, puede abrirse por completo.
Con este sistema se introduce una contrapresión más alta que la presión de entrada a la
válvula y al bonete mediante la válvula de retención “B” para aplicarle carga al pistón.
La válvula de retención “A” impide que la contrapresión llegue al tubo de suministro, al
piloto y a la entrada a la válvula principal. En funcionamiento normal, la válvula de
retención “B” evita que la presión en el bonete de la válvula principal escape hacia la
tubería de descarga.
25
2.3.1.2 Materiales de construcción
En las válvulas de seguridad bajo carga de resorte en servicio en un proceso, se utilizan
cuerpos de acero fundido y guarniciones de acero inoxidable. En la mayor parte de las
válvulas se utilizan asientos metálicos planos, cuando es difícil evitar los
escurrimientos, un asiento del tipo con sellos anulares puede ser más adecuado en
aplicaciones susceptibles a vibraciones o pulsaciones para funcionar cerca del punto de
graduación y para líquidos que contienen partículas de sólidos.
2.3.1.3 Tamaños de orificio
Las válvulas de desahogo de seguridad con boquilla completa tienen orificios de tamaño
estándar. La norma API 520 está destinada a facilitar el intercambio de las válvulas de
desahogo hechas de acero, con bridas. Aunque las bridas de entrada sean de acuerdo con
ANSI B 16.5, las presiones graduadas máximas indicadas para estas válvulas son
muchos menores que las que permite la capacidad de las bridas.
2.3.1.4 Discos de ruptura
Los discos de ruptura para proteger contra sobrepresión se pueden utilizar por sí solos o
en combinación con una válvula de desahogo. Los discos se hacen con diversos metales
y están disponibles con un revestimiento en uno o ambos lados para darles resistencia a
la corrosión. (Fig. 9 - 10)
26
Figura 9: Discos de ruptura
Fuente: RICHARD W. GREENE; Válvulas, selección uso y mantenimiento
Elaborado Por: Richard W. Greene
El solo disco de ruptura tiene empleo limitado porque se puede perder todo el contenido
de un sistema de proceso cuando se rompe el disco.
Los materiales construcción más comunes son: Aluminio, Monel, Inconel y Acero
inoxidable. Pero también a veces se hacen con cobre, plata, oro, platino, tántalo y
titanio, y se requieren hojas, tiras y láminas metálicas de recocido blando.
Figura 10: Bridas para instalar discos de ruptura
Fuente: RICHARD W. GREENE; Válvulas, selección uso y mantenimiento
Elaborado Por: Richard W. Greene
27
En algunos casos el disco de ruptura se utiliza corriente debajo de la válvula de
desahogo en condiciones en que no resulta práctica la instalación corriente arriba o
cuando hay que proteger contra la corrosión los mecanismos de válvulas conectadas con
un cabezal.
Ofrece ventajas en relación con las válvulas de desahogo de seguridad:
No hay escurrimiento hasta el momento en que se rompen.
Son adecuados para servicio con pastas aguadas.
Ofrecen mejor control de explosiones y detonaciones.
Altas viscosidades no influyen mucho
2.4 EQUIPO PARA TRANSFERENCIA Y ELIMINACIÓN
La tubería para el sistema de transferencia y eliminación en los sistemas para desahogo
de presión necesitan cuidado en el diseño mecánico como la tubería para el manejo de
los fluidos del proceso. En la realidad, el diseño de la tubería de descarga de las válvulas
de seguridad suele ser más complejo que el de la tubería para el proceso en sí.
Las deformaciones térmicas ocasionadas por la entrada de fluido caliente o frío tienen
principales esfuerzos en la tubería de descarga de un sistema se eliminación. Los
anclajes y soportes adecuados y la flexibilidad en la tubería de descarga son importantes
para evitar esfuerzos en estas válvulas ocasionados por la tubería.
Las causas de las cargas de choque son dos:
El impacto de masa de líquido en el punto en donde se invierte o cambia de
sentido la circulación
28
La descarga súbita de un fluido compresible a un sistema con tubería
multidireccional.
2.4.1 Tamaño de los componentes del sistema
El método usual cuando se manejan gas, vapores o vapor de agua es calcular los
requisitos de capacidad de las válvulas a la presión máxima permisible de trabajo del
recipiente y para llegar a la plena capacidad con una presión 3 % a 10 % superior a la de
diseño.
Las válvulas para desahogo de líquidos llegan a su capacidad nominal con no más del
25 % de sobrepresión, es difícil calcular la zona de restricción de circulación por las
posibles variaciones en la configuración del disco. Los coeficientes de descarga también
varían de acuerdo con el diseño.
Para calcular el tamaño de una válvula para gas a una presión más alta o más baja que la
de calibración, se debe recordar que la ley de gases perfectos no se aplica para
determinar el volumen de flujo, por la diferencia en la zona para flujo con una presión
más alta o más baja corriente arriba.
2.4.2 Tubería de descarga, tambores de expulsión y sellos
Para determinar los tamaños de tubería en el cabezal principal y laterales de descarga
son:
Capacidad máxima requerida para descarga de vapores
Contrapresión máxima permisible en los cabezales
Tipo de válvula de desahogo de seguridad que se utilizará
29
Códigos aplicables
Principios de ingeniería requeridos
La determinación del tamaño de las tuberías consiste en el cálculo del flujo de fluidos.
La relación entre la superficie seccional del tubo de entrada y la zona libre del recipiente
para flujo de gas encima de la superficie del líquido debe ser, en todo momento, cuando
menos de 1 a 3, para evitar borboteos en el flujo de gas al quemador.
2.4.2.1 Diseño del sistema de desahogo
Para el diseño de un sistema de desahogo los factores más importantes son:
Códigos aplicables: locales, estatales, federales, código ASME para calderas y
recipientes de presión.
Capacidad de descarga de cada válvula cuando ocurren presiones anormalmente
altas.
Características de funcionamiento de las válvulas de desahogo.
Sobrepresiones de diseño del equipo de proceso que requiere protección.
El tamaño de tubo salida debe ser tal que cualquier presión existente o que esté
produciendo en la tubería de descarga no reduzca la capacidad de los
dispositivos de desahogo.
Cuando el equipo cerrado que contiene líquidos que están expuestos a un incendio,
puede estar sometido a presiones superiores a su punto de ruptura, si no tiene un
desahogo adecuado.
30
2.5 PROTECCIÓN CONTRA EXPLOSIONES INTERNAS
No hay aceptación general debido a los factores termodinámicos que intervienen a la
incertidumbre para determinar los regímenes de aumento de temperatura o de presión y
la carencia de base para definir la mezcla gaseosa.
Conviene utilizar discos de ruptura en vez de válvulas de desahogo para protección
contra explosiones internas, porque los discos reaccionan con mayor rapidez que las
válvulas ante un aumento instantáneo en la presión. Los límites de presión señalados
por los códigos para recipientes no siempre son aplicables en condiciones de un
aumento muy rápido en la presión.
Las explosiones internas ocasionan aumento en la presión de los recipientes como
consecuencia de:
La presión y el contenido del recipiente inmediatamente después de la
explosión.
Presión de reventamiento del disco de ruptura a la temperatura de operación.
Superficie del disco de ruptura en relación con el volumen del recipiente.
Duración y sentido de la onda de presión explosiva.
Diseñar el recipiente para que soporte las explosiones internas con la adición de
un factor de seguridad a la presión normal de operación.
En el volumen contenido en el recipiente, puede determinar el tamaño del disco
de ruptura con un método arbitrario.
2.5.1 Reacciones químicas
Para este tema se necesita de muchos conocimientos de la cinética y de la velocidad de
las reacciones para calcular la rapidez de desahogo de presión para una reacción
31
química en un sistema cerrado. Las reacciones exotérmicas son especialmente
peligrosas por:
La aceleración de velocidad de reacción cuando aumenta la temperatura
acompañada de un elevado régimen de liberación de energía.
Se liberan grandes volúmenes de no condensables, en casos cuando la
temperatura ha aumentado en exceso y se inician reacciones de descomposición.
Para evitar reacciones descontroladas, se debe proporcionar un desahogo rápido de la
presión. La refrigeración interna por la vaporización del líquido evitaría sobrepresiones
más serias que podrían tener como resultado una reacción química sin control.
2.6 DISEÑO DE UN SISTEMA DE TRANSFERENCIA Y ELIMINACIÓN
Antes de diseñar la eliminación en un sistema de desahogo de presión se debe realizar
un análisis de todas las posibles condiciones en las que se descargarán los fluidos desde
los dispositivos de desahogo del sistema, para determinar la carga máxima para
cualquier emergencia, esto quiere decir, el total de las cargas de aparatos individuales
que descargan en condiciones de emergencia.
La carga máxima es la que exige la mayor pérdida de carga en todo el sistema, no es por
necesidad el máximo número de libras por hora que debe descargar el sistema.
La descarga de las válvulas de desahogo de presión, el sistema de eliminación puede
recibir una carga adicional de los sistemas de reducción de presión de los vapores, que
son instalaciones auxiliares para la reproducción rápida de la presión en el equipo
mediante la descarga de vapores.
32
Los cabezales en que se encuentran las válvulas de desahogo reciben a menudo
corrientes de reducción de presión; la carga de ellas se debe sumar a las de cada válvula
de desahogo para calcular la carga máxima en un sistema de eliminación.
2.6.1 Sistemas con una sola válvula
El sistema con una sola válvula que descarga a la atmósfera, es el más sencillo de los
métodos de desahogo y eliminación. Para este tipo de sistema de descarga se instala a
menudo en lugares elevados como la parte superior de las torres, el tubo de descarga se
tiende hasta una chimenea de respiración, un quemador vertical en el cuál no estén
conectados ningún tubo de descarga de una válvula de desahogo o de un sistema
reductor de presión.
2.6.2 Sistemas con válvulas múltiples
El sistema de desahogo con descarga cerrada y válvulas múltiples es el que más se
utiliza, después de haber calculado el tamaño de tuberías con base en las cargas
individuales, los volúmenes máximos en condiciones de emergencia, la contrapresión y
temperatura permisibles en la descarga, el tendido de las tuberías es de suma
importancia.
La posible ubicación de los cabezales se puede determinar con una observación, en
lugar de combinar todas las corrientes de descarga de un cabezal grande que sirva para
toda la unidad de operación, puede ser más económico, dividir la protección con dos
cabezales, uno para cada mitad de la zona.
33
Se utiliza con frecuencia un sistema de cabezales múltiples para el servicio de una sola
unidad, por razones de seguridad.
La necesidad surge cuando es ventajoso aislar corrientes de desahogo o de reducción de
presión determinadas, debido a:
Presencia de materiales corrosivos.
Diferencias en las presiones de operación del equipo en el cual se emplea el
sistema.
Corrientes de descarga que es posible que sometan a la tubería a temperaturas
demasiado altas o bajas.
Los cabezales secundarios de material resistente a la corrosión se pueden utilizar
para descargar circulaciones de corrosivo, en lugar de construir un solo cabezal
para todas las corrientes de descarga con una aleación costosa.
Los equipos de alta presión, a veces, se puede conectar con un sistema que sirve a un
equipo de baja presión, mediante el aumento del tamaño del cabezal.
34
2.7 VÁLVULAS DE DESAHOGO DE PRESIÓN PARA PLANTAS Y
PROCESOS
Las válvulas de desahogo de presión evitan la sobrepresión indeseada en el equipo y
tuberías de procesos. Estás válvulas funcionan automáticamente a una presión
predeterminada para descargar el fluido y reducir la sobrepresión. (Fig.11)
Figura 11: Válvulas de desahogo para plantas y procesos
Fuente: RICHARD W. GREENE; Válvulas, selección uso y mantenimiento
Elaborado Por: Richard W. Greene
35
2.7.1 Válvulas de desahogo comerciales2
La válvula de desahogo de presión, consta de un cuerpo en ángulo que tiene la brida de
entrada en la parte inferior y una brida de salida en un lado.
La brida de entrada está diseñada para la presión y la temperatura de entrada nominales.
La brida de salida, más grande, por lo general tiene menor capacidad de presión. En las
válvulas de desahogo de procesos, hay una boquilla cónica alojada en la brida de
entrada y el extremo de diámetro menor sirve como asiento de válvulas para un disco
bajo carga de resorte. Estás válvulas se puede utilizar para servicios de líquidos y
vapores.
La carga de resorte contra el disco contrarresta la presión de entrada, para evitar las
fugas por el asiento de la válvula en el funcionamiento normal con líquidos y vapores,
resorte se gradúa en un 10 % por arriba de la presión normal de funcionamiento.
El resorte puede estar alojado por un bonete, se utiliza bonete cerrado cuando el fluido
descargado debe quedar confinado en el cuerpo de la válvula y la tubería de descarga. El
bonete es del tamaño de acuerdo con la capacidad de presión de salida de la válvula.
En las válvulas del tipo yugo el resorte está descubierto y se utilizan para servicios con
vapor de agua y aire.
En el código ASME dice que las válvulas de seguridad para vapor de agua deben tener
palancas para prueba.
Las válvulas de desahogo para líquido a veces tienen guías inferiores. Las válvulas de
desahogo para procesos y calderas suelen tener guía inferior.
2 Válvulas de desahogo comerciales, Greene Richard , Araiza Arredondo Manuel, Weaver David H,
Válvulas- Selección, uso y mantenimiento: Sistemas y procedimientos; 1999; Pág. 103-104
36
Se utilizan las siguientes definiciones de las válvulas de desahogo de presión:
Válvula de desahogo: para servicios con líquidos.
Válvula de seguridad: servicio de vapor de agua, gas y vapores.
Válvula de desahogo de seguridad: para líquidos o vapores.
Las válvulas de desahogo para líquidos empiezan a abrir cuando la presión interna llega
al valor de la presión graduada y tendrá un aumento gradual hasta que sea de 10 a 33 %
mayor que la graduada, según el tipo de servicio. La válvula llega a su plena capacidad
con una sobrepresión del 25 %.
La presión de desahogo se define como la presión graduada más la sobrepresión. En el
servicio de vapor de agua, aire y vapores, la válvula de seguridad de abre cuando la
presión llega al valor de la presión graduada. La presión continuará en aumento, por lo
general hasta 3 % a 33 % por arriba de la presión graduada.
Después de la descarga llamada también purga, el disco vuelve a asentar a más o menos
4 % por debajo de la presión graduada. La cámara acumuladora desvía el flujo del
fluido. La velocidad, la masa del gas y la desviación son proporcionales a la fuerza que
mantiene abierto el disco de la válvula. Para mantener abierto el asiento del disco de la
válvula se necesita un flujo entre 25 y 30 % de la capacidad máxima de la válvula.
En las válvulas de desahogo de seguridad, un anillo ajustable de purga sobresale en la
cámara acumuladora, cuando el anillo está en posición alta, el disparo de la válvula es
más rápido y la purga dura más tiempo que cuando está en su posición baja.
En el servicio con líquidos, el anillo de purga no debe entorpecer el funcionamiento de
la válvula, entonces el anillo de purga siempre está en la posición más baja.
37
2.7.2 Válvulas y dispositivos especiales para desahogo
La válvula de centinela es pequeña y del tipo de disparo y avisa al operador de un
aumento excesivo en la presión.
La válvula de desahogo con diafragma se utiliza para materiales corrosivos, en tamaños
menores de 1 plg, la válvula de desahogo suele tener conexiones de rosca y las de
tamaño pequeño se protegen contra el aumento de la presión por la dilatación térmica
del líquido.
La válvula de desahogo operada por el piloto se utiliza cuando la presión graduada es
muy cercana a la presión normal de funcionamiento. Este tipo de válvula especificar una
presión más baja de diseño en servicios de alta presión y reducirá el costo de materiales
y fabricación.
El disco de ruptura consta de una placa cóncava, delgada, sujeta entre bridas. El espesor
y la resistencia de la placa se proyectan de modo que se rompa a una presión
predeterminada exacta. Los discos producen un sello hermético para líquidos y gases
tóxicos, corrosivos o inflamables y son económicos.
2.7.3 Tubería para válvulas de desahogo
La válvula de desahogo de seguridad (VD) funciona en condiciones de diseño como
tamaño, selección, especificaciones y su colocación en el equipo y la tubería conectada
al mismo. La válvula de desahogo o de seguridad se suelen instalar con el vástago
vertical, la boquilla de entrada hacia arriba y la boquilla de salida horizontal.
Si se conecta una VD en una boquilla o tubos horizontales, debe tener un codo de
curvatura larga antes de su boquilla de entrada.
38
En los recipientes horizontales, la VD se conecta en la parte superior; en los verticales,
una conexión lateral debe ser radial.
2.7.3.1 Tubería de entrada y salida
El tamaño mínimo del tubo de entrada a la VD debe ser igual que el diámetro en la
entrada de ella. La resistencia a la circulación del tubo de entrada no debe ser mayor de
2 a 3 % de la presión graduada (50 % de purga). La resistencia excesiva en ese tubo
puede ocasionar traqueteo; las tuberías de entrada deben ser cortas, sencillas y no tener
obstrucciones.
La válvula de desahogo que necesitan mantenimiento frecuente, como las utilizadas con
materiales corrosivos, deben tener válvulas de desahogo con válvulas de cierre para
reserva.
La válvula de cierre debe tener abertura igual al tamaño de la tubería y debe estar fija en
la posición de la abertura total.
El código para recipientes de presión sin fuego incluye un procedimiento muy estricto
para el cierre de la válvula. La válvula de cierre pueden estar interconectadas, para que
cuando se cierra una se abra la otra.
2.7.3.2 Descarga abierta de la válvula de desahogo
La posición de una válvula de desahogo depende de su servicio y de la función de
descarga. Cuando una VD para líquido tiene descarga abierta, se puede colocar en el
espacio para líquido de un recipiente.
39
Las VD para gases y vapores con descarga abierta se suelen colocar en un punto alto del
espacio para vapores en un recipiente o tubería. La descarga se dirige hacia arriba y
termina unos 10 ft encima de la rasante o una plataforma.
Para evitar la acumulación de lluvia, nieve o condensado en el tubo de descarga, se
puede proveer una sección inclinada hacia abajo o un “sombrero”. Un agujero para
“lloro” en el punto más bajo de la tubería dejará salir el condensado de ella.
Las válvulas de seguridad y los respiradores en un edificio suelen descargar a la
atmósfera por medio de una caja de respiración.
Para líquidos subenfriados, el diámetro del tubo de salida puede ser igual que el de la
salida de la VD. Cuando circula un líquido saturado, suele necesitar un aumento de un
tamaño de diámetro de tubo.
La caída total de presión en la tubería de descarga debe ser menor del 10 % de la
presión graduada.
Los gases tóxicos contaminan la atmósfera, un líquido puede tener evaporación
instantánea en una superficie grande.
2.7.3.3 Sistemas con descarga cerrada
Para evitar peligros o se espera grandes cantidades de descarga o si se trata de recuperar
el líquido o el gas, por lo general se utiliza un sistema con descarga cerrada.
Un sistema cerrado consiste en los tubos individuales desde la brida de descarga de la
válvula de desahogo de seguridad hasta el cabezal recolector, en cuya parte superior se
conectan los tubos.
40
La cantidad o combinación de sistemas pueden tener la influencia del usuario,
economía, sistemas generales de desahogo en una planta de procesos químicos y la
capacidad de reserva en los cabezales.
Las razones para la posible separación entre los sistemas de desahogo, además se debe
tener sistemas separados para líquidos y vapores y son:
Temperaturas de fluidos.- Puede haber diferencias en los materiales de
construcción, soportes y eliminación para el manejo de fluidos calientes o
fríos.
Material de tubería.- En algunos sistemas, debido a temperaturas y a la
corrosión, se necesitan tuberías de aleación. Más económico resultaría tener
sistemas separados, en las cuales se pueda utilizar tubos de acero al carbono
Viscosidades.- Las descargas de las válvulas de desahogo para materiales de
viscosidad normal se pueden separar.
Sistemas para gases condensables.- Necesitan descargas para el líquido y
tuberías en pendiente, que no se requiere para gases no condensables. Se
puede diseñar un sistema común con requisitos del sistema para
condensable.
Alta presión.- Cuando se espera carga frecuente a alta presión, es ventajoso
separarlas de otras descargas a baja presión en un sistema cerrado.
2.7.4 Control de la reducción de presiones altas
La reducción de la presión de un fluido puede resultar muy dificultosa, con los gases
puede haber problemas por el ruido y las temperaturas muy bajas.
41
Cuando se maneja vapores se pueden precipitar gotitas dentro de la válvula que pueden
llegar a dañar las superficies contra las cuales choca.
La reducción de la presión de un líquido puede ir acompañada por vaporización
instantánea, cavitación, ruido y posibles daños a las válvulas y a la tubería; si el líquido
es corrosivo, el problema puede ser tan severo que requerirá cambios en las gráficas del
proceso.
2.7.4.1 Gas limpio y seco
Un gas limpio y seco es el fluido más fácil de manejar. El problema de ruido a alta
velocidad, es la principal dificultad en ese servicio, se puede controlar con el empleo de
válvulas de control especiales y dispositivos auxiliares disponibles con los fabricantes
de válvulas.
El tratamiento en la fuente con el empleo de válvulas silenciosas especiales, evita o
atenúa la potencia acústica en la fuente y en la trayectoria atenúa el ruido a lo largo de
su transmisión desde la fuente hasta el oído.
2.7.4.2 Autorrefrigeración
La expansión durante la reducción de la presión puede ocasionar temperaturas muy
bajas por automaterial para el cuerpo de la válvula y los tubos de corriente abajo para
tener en cuenta esas temperaturas.
Cuando un gas circula por una válvula de estrangulación, todo el proceso
termodinámico es isoentálpico, pero desde la entrada hasta el chorro contraído, que es el
42
punto de mínima sección transversal de la corriente, el proceso es casi por completo
isentrópico.
Los materiales de construcción de la válvula se deben seleccionar para soportar la
acción erosiva por la fricción de esa corriente y se deben tomar medidas para abatir el
ruido adicional que puede ocurrir.
2.7.4.3 Formación de sólidos
La autorrefrigeración hace que se formen sólidos en forma de hielo o hidratos durante
la reducción de la presión.
En servicios de purga, en el que se descarga todo el volumen de corriente arriba, se
puede esperar la formación de hielo.
Los hidratos, que son una combinación química de agua y gas, se pueden formar a una
temperatura mucho más alta que el punto de congelación del agua.
Las mezclas secas o sean corrientes de gas que arrastran partículas de sólidos, son otra
complicación en el problema de la reducción de presión por su efecto de “chorro de
arena” en los componentes de la válvula. Hay diseños especiales de válvulas que son
“aerodinámicos” para reducir el choque directo contra el asiento y otros componentes de
las guarniciones.
2.7.4.4 Líquido de vaporización instantánea
La reducción de presión de un líquido se complica por un cambio en su estado físico. Si
la presión de vapor del líquido corriente arriba es mayor, se vaporizará una parte del
líquido; esto puede producir un flujo en fase mixta, a alta velocidad en la tubería de
43
corriente abajo, que ocasiona ruido y erosión. Los hidrocarburos no producen una
vaporización tan violenta como el agua, en parte porque su densidad y su tensión de
superficie son menores que las del agua. Como consecuencia, los “trozos” de líquido
condensado en las tuberías para hidrocarburos que se vaporizan son más ligeros, más
débiles y menos destructores que los que haya en las tuberías para agua.
2.7.4.5 Líquidos que producen cavitación
Un líquido que produce cavitación ocasiona más problemas que uno que se evaporiza.
No hay material que pueda soportar los efectos de cavitación a largo plazo. En este
servicio habrá una fuerte cavitación en las siguientes condiciones, en el supuesto de que
la temperatura del agua sea de 80 °F y que las válvulas estén completamente abiertas. El
problema de cavitación es desconcertante. No se puede predecir con certeza en las
cuales el líquido específico en una válvula específica empezará a producir cavitación.
Las burbujas de vapores en una corriente con cavitación se contraen antes de llegar a
una superficie maciza, no producirá daños en la válvula.
2.7.5 Reducción de presión de pastas aguadas
Si el líquido a presión es una pasta aguada, el diseñador tiene menos opciones que con
líquido limpio. Si el líquido es corrosivo y las partículas sólidas son abrasivas.
Conforme aumenta la velocidad de la corriente, la presión en los vórtices cae menos de
la presión de vapor del líquido y se empiezan a formar cavidades de vapores en los
sitios de nucleación. La forma inusual en que se contraen las burbujas resulta muy
dañina para los materiales de válvulas y tubos.
44
Cuando la presión corriente abajo es menor que la presión de vapor del líquido de
entrada, no se condensan las burbujas y aparecen condiciones denominadas
vaporización instantánea; cuando ocurre, los daños a la tubería se deben a altas
velocidades que se puede alcanzar si no aumenta la sección transversal del tubo para
manejar el volumen de la mezcla de líquido y vapores.
Una válvula estranguladora que se ha utilizado con pastas aguadas con caídas
moderadas de presión (400 psi).
Sus características son:
Un cuerpo amplio que reduce la velocidad de entrada.
Una descarga por orificio en la salida que “apunta” el líquido que produce
cavitación hacia un charco de líquido corriente abajo.
Un asiento de dos piezas que se deforma por el fuerte ángulo de asentamiento
del macho para producir más eficaz y evitar la estrangulación cuando se cierre la
válvula.
Otra válvula de estrangulación para reducción de presión de pastas aguadas y el orificio
es muy semejante al de la válvula estranguladora, por lo general, el orificio y el macho
se hacen con material cerámico duro, como alúmina, que resiste la abrasión y la
corrosión.
Las características de esta válvula incluyen:
Una entrada con curvatura larga para minimizar el desgaste debido al choque de
partículas abrasivas.
Un orificio con entrada redonda y una sección recta y larga para estrangulación
que demora el comienzo de la vaporización.
45
Una salida con orificio con rebajo que forma una cámara amortiguadora que
protege la punta contra el bombardeo con partículas a alta velocidad ocasionado
por la vaporización explosiva de la corriente.
Una descarga que se puede dirigir por ejemplo: hacia un tanque o sección
ampliada de tubo, de gran volumen, para disipar la energía de la corriente.
2.7.6 Sensibilidad de las válvulas de desahogo según la longitud de las tuberías de
entrada y salida
Al diseñar nuevas instalaciones de válvulas de desahogo y examinar las existentes, el
ingeniero debe tener en cuenta la pérdida de presión en las tuberías de entrada y salida,
porque una pérdida excesiva da por resultado falta de protección.
La mayor parte de las válvulas de desahogo están disponibles en ciertas combinaciones
de cuerpo y orificio, los números en el eje horizontal indican los diámetros de la entrada
y salida en el cuerpo de válvulas en donde se monta el orificio.
2.7.6.1 Discos de ruptura para gases y líquidos
Los discos de ruptura se utilizan con frecuencia en las plantas de procesos para proteger
los recipientes contra variaciones en la presión y para separar a las válvulas de
seguridad y desahogo de los fluidos del proceso.
Los códigos tienen reglas precisas para la instalación de los discos de ruptura y la
mayoría de fabricantes garantizarán que su tamaño sea de acuerdo a sus capacidades y
condiciones de funcionamiento indicadas en la orden de compra o en la especificación.
46
2.7.6.2 Discos de ruptura para baja presión de reventamiento
Los discos de ruptura de baja presión se emplean para proteger contra sobrepresiones en
amplia gama de equipos de presión y de vacío. Evitan la corrosión y obstrucción de las
válvulas de desahogo y son un desahogo secundario de apoyo en tanques cerrados en
caso de mal funcionamiento de las válvulas o de los respiraderos durante la carga o la
descarga o durante los cambios de presión debido al calentamiento por el sol y al
enfriamiento nocturno. El disco actúa como neutralizador en caso de una purga súbita y
la consecuente descarga del producto, que es muy acídico.
2.7.6.3 Factores que influyen en los discos de ruptura de baja presión
Cuando hay bajas presiones, hay seis factores importantes por su efecto en la
confiabilidad del disco, según sea el material de construcción. Tres de esos factores se
deben a las membranas sumamente delgadas que se necesitan para bajas presiones. Esa
delgadez aumenta su sensibilidad a la corrosión, la temperatura y la fatiga; los discos de
grafito son la excepción porque no se alteran con la temperatura.
El cuarto factor que se debe considerar para aspectos económicos del equipo y del
proceso es la relación permisible entre la presión de funcionamiento y la especificación
de ruptura (relación P/R), se debe ampliar presiones bajas para contrarrestar efectos
adicionales de la fatiga y deslizamiento.
2.7.6.4 Materiales para disco de ruptura
Tiene dos categorías principales de materiales para discos de ruptura de baja presión:
grafito y metales que pueden tener un revestimiento de plástico.
47
Si se utilizan discos metálicos, tiene las siguientes características:
1. La capacidad de ruptura varía inversamente con la temperatura.
2. La fatiga y escurrimiento del metal limitan su facilidad de funcionamiento y la
duración en servicio
3. Para presiones bajas, las relaciones P/R se deben aumentar más allá del 70 %.
4. Muchos metales no se pueden surtir para los tamaños deseados de la descarga
con bajas presiones de reventamiento.
2.7.6.5 Revestimiento y películas de plásticos
Los revestimientos suelen ser muy porosos para impedir la corrosión del material base
durante un tiempo largo. Los revestimientos de suficiente impermeabilidad en servicios
corrosivos alteran la capacidad nominal a bajas presiones y siempre los debe aplicar el
fabricante del disco.
Para determinar la capacidad de los sistemas con dos materiales, se deben probar con
una sola unidad para que el conjunto cumpla con los requisitos del código.
Cuando más baja sea la capacidad de presión, más delgada debe ser la membrana y más
crítica es la resistencia a la corrosión para la confiabilidad del funcionamiento.
El material base cuando no se puede satisfacer un requisito de resistencia a la corrosión,
ya que los discos metálicos se pueden surtir con diversos protectores que incluyen Kel-
F, Teflón, vinilo plomo, oro y platino.
48
Tabla 2: Características generales, ventajas y desventajas y usos típicos de los
dispositivos de desahogo de presión (Pág. 1)
Tipo General Ventajas Desventajas Servicio
Recomendado
Válvula de
seguridad
Disponible con
semiboquilla
completa. Tiene
resorte
descubierto y
palanca de
elevación.
Bonete abierto
aísla al resorte de
la temperatura del
proceso. Vuelve a
cerrar después de
descargar.
Sólo para vapor de
agua. No las hay
con fuelle
equilibrado; pero no
descarga en
sistemas cerrados.
Calderas y servicios
general con vapor
ASME
Válvula de
desahogo de
seguridad con
boquilla
completa
La boquilla es la
cara realizada de
la brida. Se
emplea con líquidos y
vapores. Tiene
bonete cerrado.
Cuerpo de válvula
aislado del fluido
de proceso
cuando no está descargando.
Disponible con
fuelle equilibrado.
Sólo para
conexiones de cara
realzada. No es
buena para polímeros. Presión
máxima de entrada
unas 10.000 psig.
Recipientes de
presión sin fuego
ASME. Descarga de
bombas y compresores,
Calderas.
Válvula de
desahogo de
seguridad de
semiboquilla
Para líquidos y
vapores. La
boquilla es un
inserto roscado en
la base. Las
conexiones
pueden ser de
brida, extremo
soldado o
roscadas.
Más barata que la
de boquilla
completa.
Disponible con
cara plana para
instalar en bridas
de hierro fundido.
Disponible con
extremos
soldados.
No es buena para
polímeros. Presión
máxima de entrada
unas 1500 psig. No
las hay con fuelle
equilibrado.
Recipientes de
presión sin fuego
ASME. Descarga de
bombas y
compresores,
Calderas.
Válvula de
desahogo con
boquilla en la
base
Boquilla formada
con la base de la
válvula. Tienen
conexiones
roscadas, pero
también con brida
o extremos
soldados.
Disponible en
tamaños
pequeños. Bajo
costo. Vuelve a
cerrar después de
descargar.
Adecuada para
materiales
tóxicos.
No es buena para
polímeros. Presión
máxima de entrada
2000 psig. No las
hay con fuelle. No
es adecuada para
calderas.
Descarga de
bombas. Desahogo
térmico de tubos,
intercambiadores de
calor y calentadores
de agua.
Válvula de
desahogo para
servicio con
cloro
Interior protegido
con dos diafragmas. Un
diafragma aisla la
válvula del
líquido de
proceso; el otro
no permite la
salida a la
atmósfera.
Se puede emplear
en servicios muy corrosivos. El
diafragma de
entrada se
desgarra después
de que se rompe
el pasador de
ruptura. El disco
vuelve a asentar
después de
descargar
No la hay de tipo
equilibrado. Presión máxima de entrada
alrededor de 375
psig.
Servicio con cloro y
otros productos tóxicos y
corrosivos. Carros
tanque y depósitos
49
Características generales, ventajas y desventajas y usos típicos de los dispositivos
de desahogo de presión (Pág. 2)
Tipo General Ventajas Desventajas Servicio
Recomendado
Válvula de
desahogo de
seguridad
operada por
piloto
Consiste en dos válvulas. La
válvula piloto
controla a la
principal.
Puede soportar alta presión de
entrada. Se puede
graduar para
descargar cerca
de la presión de
operación. Puede
tener operación
remota para
descarga manual.
No es buena para temperaturas de más
de 350°F. No se
recomienda para
líquidos sucios,
pastas aguadas y
polímeros.
Recipientes de presión si fuego
ASME, en especial
para servicio con
gas a alta presión.
Para compresores
de gasoductos y
alternativos.
Disco de
Ruptura
Consiste en un
disco rompible
sujeto entre las
bridas de otros
sujetadores. Dos
tipos principales:
preabombado y
combadura
inversa.
No hay piezas
móviles que se
peguen u
obstruyan. Bueno
para pastas
aguadas,
polímeros,
materiales
tóxicos. No hay
fugas. Puede
manejar capacidades
grandes.
Sujetos a fatiga por
esfuerzo. Se
descarga toda la
presión del sistema
cuando se rompe el
disco y hay que
detener la unidad.
Recipientes de
presión si fuego
ASME. Dispositivo
primario de
desahogo para
pastas aguadas o
polímeros o en serie
con válvulas de
desahogo para los
anteriores. Se debe
usar en servicio con válvulas de
desahogo para
sustancias tóxicas.
Respiradero de
Tanque
Suele ser de doble
función, combinada para
presión y vacío.
En general, son
de paleta con
pesos
Se puede graduar
para cerrar a la presión de
operación. Muy
sensible. Se
gradúan en onzas
por in² o fracción.
Sólo para servicio
de baja presión. Los materiales de
construcción pueden
ser problema si se
emplea en servicio
con productos
químicos.
Tanques de petróleo
AP RP 2000 sobre el suelo. Sirve para
cualquier tanque de
almacenamiento a
presión atmosférica.
Válvula de
desahogo tipo atmosférico
Dos tipos básicos:
paleta con pesos
y orificios
múltiples. Es para
servicio con
vapor a baja presión
Gran capacidad
de desahogo a
bajo costo.
Su tipo tan especial
limita sus
aplicaciones a
servicio con vapor a
baja presión.
Condensadores de
superficie en la
salida de turbina de
vapor con
condensación. Suele
ser para servicio con vapor a baja presión
en el que ha que
descargar grandes
cantidades.
Fuente: Dispositivos para desahogo de presión (Green. R)
Elaborado por: Gustavo Falconí.
CAPÍTULO III
50
CAPÍTULO III
3. TERMINAL DE PRODUCTOS LIMPIOS EL BEATERIO
El terminal de productos limpios El Beaterio, inicio sus operaciones en el año 1980,
recibe los combustibles provenientes de los poliductos Esmeraldas - Quito, Santo
Domingo - Beaterio - Ambato y Shushufindi - Quito. De aquí también parte del
poliducto Quito-Ambato.
3.1 LÍNEAS DE RECEPCION Y DESPACHO DE COMBUSTIBLES DE LA
TERMINAL DE PRODUCTOS LIMPIOS EL BEATERIO
Tabla 3: Poliductos
Poliducto Extensión (km) Diámetro (ϕ) Presión entrada
(psi)
Presión Man.
(psi)
Esmeraldas- Sto.
Domingo 164 16” 600 ±750
Shushufindi Quito 304 + 815 6’’y 4” 220 ±230
Fuente: Petrocomercial
Elaborado Por: Gustavo Falconí
3.1.1 Estación reductora
Se reciben los productos limpios a través del Poliducto Esmeraldas-Sto. Domingo-Quito
a ± 900 psi y se reduce la presión hasta ± 80 psi y a través del poliducto Shushufindi-
Quito, para ello cuenta con dos válvulas reductora de presión (Imagen 1), sistema de
filtrado de productos, dos trenes de medición de productos, manifold de distribución,
51
trampa de recepción de equipos de limpieza, tanques de alivio y sumidero, sala de
control de operaciones, oficina de supervisión.
Imagen 1: Válvulas del poliducto Esmeraldas- Quito / poliducto Shushufindi -
Quito
Fuente: Petrocomercial
Fotografiado por: Gustavo Falconí
3.1.2 Estación de bombeo
La estación de Bombeo (Imagen 2) está compuesta por tres equipos de bombeo con
motores de 420 HP y bombas de ocho etapas; se bombean 450 bls/h a través del
Poliducto Quito-Ambato, con una presión de 1200 psi.
Imagen 2: Estación de Bombeo
Fuente: Petrocomercial
Fotografiado por: Gustavo Falconí
52
Manifold de distribución
Este se encuentra subdividido en 3 partes:
Manifold de recepción: Son las primeras válvulas, por las cuales pasan los
productos provenientes de los poliductos; en éste se encuentran las válvulas de
seguridad primarias (Imagen 3) calibradas a 1100 psi, las que van conectadas al
tanque de Alivio, y en caso de sobrepresiónes será el lugar donde se almacene el
producto proveniente de la descarga de las válvulas de alivio.
Manifold de reducción: En este se encuentran las válvulas de Alivio
Secundarias, calibradas a 550 psi.
Manifold de descarga: Las válvulas de alivio que se encuentran en esta área,
están calibradas a 250 psi, donde se manejan presiones de ± 40 a 50 psi.
Imagen 3: Las válvulas de seguridad primarias - secundarias
Fuente: Petrocomercial
Fotografiado por: Gustavo Falconí
53
Por cuestiones de prevención se encuentran instaladas 3 válvulas de alivio, ya sea
necesario liberar rangos mayores de presión o por cuestiones operativas
(mantenimiento). Los tamaños de las válvulas de alivio son: ½; ¾; 2 ½.
Las válvulas de alivio de menor diámetro (Imagen 4), van conectados a una línea que
va dirigida al sumidero, siendo estas de color amarillo, y las descargas de las otras
válvulas de alivio de mayor diámetro, van dirigidas a 4 tanques de alivio (Imagen 5) los
que están en interfase entre sí.
Imagen 4: válvulas de alivio
Fuente: Petrocomercial
Fotografiado por: Gustavo Falconí
54
Imagen 5: Tanques de Alivio YT-1622 / YT-1621
Fuente: Petrocomercial
Fotografiado por: Gustavo Falconí
3.1.3 Área de bombas y Líneas de tanques de almacenamiento
Cuenta con 14 bombas centrífugas horizontales con motor eléctrico, cada bomba está
conectada a una línea que corresponde a un tanque de almacenamiento. (Imagen 6)
Imagen 6: Área de bombas
Fuente: Petrocomercial
Fotografiado por: Gustavo Falconí
55
3.1.4 Cuarto de motor
Desde aquí, se alinean los tanques, para su posterior despacho. Los focos que se
encuentran encendidos, son las bombas que se encuentran operando y despachando el
producto de un determinado tanque de almacenamiento. Como se ilustra en la foto las
bombas que están trabajando son la 11 y 7. (Imagen 7)
Imagen 7: Cuarto de motor
Fuente: Petrocomercial
Fotografiado por: Gustavo Falconí
3.1.5 Área de carga y distribución
Consta de 3 Islas de Carga las que comprenden 19 brazos de carga con sus respectivos
equipos electrónicos de medición, válvulas y accesorios, de donde se procederá a
despachar a los tanqueros, los distintos productos almacenados en la terminal, para su
posterior comercialización. (Imagen 8-9)
56
Imagen 8: Área de carga y distribución
Fuente: Petrocomercial
Fotografiado por: Gustavo Falconí
Imagen 9: Isla de Carga # 3
Fuente: Petrocomercial
Fotografiado por: Gustavo Falconí
57
3.2 TRANSIENTES
Muchas fallas en los oleoductos ocurren por hacer provisiones inadecuadas para
anticipar y manejar las condiciones hidráulicas transientes. La importancia de
comprender estas condiciones o estados inestables del fluido, está dada por la necesidad
de manejar problemas que surgen por los cambios en las condiciones de operación del
oleoducto, tales como llenado de las líneas, cambios en la operación de bombeo, fallas
de potencia, ruptura de líneas y operación de las válvulas.
El término condiciones transientes, describe cualquier condición inestable del fluido
que cambia continuamente con el tiempo o representa una transición entre dos
condiciones de estado estable.
Los transientes en el oleoducto generalmente se presentan, cuando el flujo se desvía de
una operación normal de estado estable. Estas condiciones transientes son llamadas
surgencias, también conocidas como “martillo de agua” son cambios de presión
causados por encendido o apagado de la bomba, apertura o cierre de válvulas o fugas en
la línea.
Las presiones de surgencia también hacen referencia a las condiciones transientes
hidráulicas, flujo inestable o flujo transiente, resonancia, choque hidráulico o martillo de
agua. En aplicaciones de oleoducto, ejemplos de presiones de surgencia incluyen la
pérdida súbita del producto cuando se rompe el oleoducto, o el súbito cambio de presión
cuando las válvulas se abren o se cierran.
Las presiones de surgencia varían en magnitud, por encima o por debajo de la presión
normal del líquido en el oleoducto (estado estable). Hay dos tipos de presiones de
surgencia:
58
Negativa o surgencia hacia abajo
Positiva o surgencia hacia arriba
Surgencia hacia abajo es una presión de surgencia en el oleoducto que es “negativa”
porque su magnitud está por debajo de la presión normal de operación del oleoducto.
Surgencia hacia arriba es una presión de surgencia positiva porque su magnitud está
por encima de la presión normal de operación del oleoducto. La surgencia hacia arriba
es de interés primario en los oleoductos de gran diámetro como aquellos usados para el
transporte del petróleo y sus derivados.
Adicionalmente a las consecuencias anotadas de las presiones de surgencia, se presentan
regularmente otras condiciones llamadas surgencias cíclicas. Las surgencias cíclicas,
son surgencias pequeñas de presión que oscilan en el interior del oleoducto, están
asociadas con el equipo del oleoducto, como bombas reciprocantes y válvulas de
reducción de presión. Este equipo causa pequeñas surgencias de presión que oscilan
hacia atrás y hacia adelante en el interior del oleoducto.
Algunas de las causas más comunes de las presiones de surgencia se incluyen a
continuación:
Apertura, cierre o la oscilación de válvulas
Encendido o apagado de bombas
Cambios en la cabeza de bombeo
Cambios en la velocidad de bombeo
Separación de la columna de líquido
Aire atrapado en el oleoducto
59
Ruptura del tubo y
Llenado inapropiado, limpieza o remoción de aire de los oleoductos.
Algunas consecuencias comunes de las presiones de surgencia en los oleoductos
incluyen las siguientes:
Flujo inestable
Presiones inestables
Separación de columna
Máxima Presión de Operación excesiva
Colapso o ruptura del oleoducto
Apagado de bomba y
Cierre de la válvula de chequeo u oscilación de presión en la válvula de control
3.2.1 Causas de presiones de surgencia o sobrepresiones
El exceso de presión puede ser generada en una serie de situaciones diferentes,
incluyendo:
Un desequilibrio de caudal de líquidos provocados por descuido al abrir o cerrar
las válvulas de aislamiento en un recipiente de proceso.
La falta de un sistema de refrigeración, que permite a vapor o el líquido se
expanda.
De aire comprimido o de fallo de energía eléctrica para el control de
instrumentación.
Los picos de presión transitoria.
A los incendios de la exposición de la planta.
60
Incontrolables reacciones exotérmicas en las plantas químicas.
Los cambios de temperatura ambiente.
Exposición al fuego u otras Fuentes externas de calor.
Calentamiento o enfriamiento del líquido retenido entre las válvulas o alguna
otra sección cerrada del sistema que produce una dilatación hidráulica.
Falla mecánica de los dispositivos normales de seguridad, mal funcionamiento
del equipo de control.
Producción de más vapores de los que puede manejar el sistema, después de una
alteración en el funcionamiento.
Generación inesperada de vapores como resultado de desequilibrio del calor en
el proceso.
Reacción química con generación de calor y producción de gas (vapores) en
exceso de la capacidad del sistema.
Ingreso de un combustible de mayor volatilidad.
Cierre súbito de las salidas.
Falla de controles Automáticos.
61
Tabla 4: Otras causas de presiones de surgencia o sobrepresión
CAUSAS DE SOBREPRESIONES (Pág. 1)
Fenómeno Causas Consideraciones Adicionales
1
Incendio
Externo
Es la situación que requiere un caudal mayor
de alivio debido a la gran cantidad de energía
aportada por transferencia de calor del
incendio.
La energía absorbida por el fluido
contenido en el recipiente, en
principio estará limitada por su
superficie y el tipo de aislamiento
que disponga contra el fuego.
2 Efectos
ambientales
Es la situación que
requiere un caudal
mayor de alivio debido
a la gran cantidad de
energía aportada por
transferencia de calor
del incendio.
Es muy importante
tener en cuenta la
influencia del
aumento de
temperatura sobre la
dilatación de la fase
líquida que
ocasionaría la ruptura
del recipiente.
Para evitar esta situación no se debe
sobrepasar un determinado grado
de llenado con el cual se garantiza
la existencia de un volumen de
vapor encima de la fase líquida y en
una presión de equilibrio en función
de la temperatura.
3 Actuaciones
Incorrectas
Las más corrientes son
debidas a
equivocaciones en la
operación de válvulas.
Un cierre inadvertido
en la salida de un
recipiente o la
apertura de válvula
en la entrada. En un
sistema de bombeo la
presión máxima
alcanzada sería la
presión de la bomba
con la impulsión
cerrada puede crear
el vacío dentro del recipiente.
Un cierre
inadvertido de
las válvulas de
entrada y salida
a la vez puede
dar lugar a
sobrepresión en
el caso en que el
fluido contenido
pueda absorber
energía a través
de serpentines calefactores
internos o de la
pared externa.
Funcionamiento
defectuoso de
una válvula en
derivación de
una válvula de
control.
Adición de una
sustancia
equivocada a un
reactor.
Dosificación
incorrecta. Operación
intermitente a
destiempo como
un purgado o
una regeneración
(depuración).
4
Fallos
de
instrumenta-
ción
El fallo de un
dispositivo de control
automático puede crear
una sobrepresión
procedente de una
fuente de alta presión o alta energía,
Si cierra una válvula
de control de salida o
si abre una válvula de
control de entrada.
Las válvulas de
control se deben diseñar a prueba de
fallos pero no pueden
ser garantizadas en
todas las
circunstancias.
Un fallo de un
control de nivel
puede dejar
pasar un flujo de
gas o vapor a
alta presión hacia un
recipiente
situado aguas
abajo.
En los procesos
controlados por
ordenador se
debe prever la
peor
combinación de actuaciones
simultáneas de
válvulas por
funcionamiento
defectuoso del
ordenador.
62
CAUSAS DE SOBREPRESIONES (Pág. 2)
Fenómeno Causas Consideraciones Adicionales
5 Fallos de
equipos
Entre los fallos típicos
de equipos rotativos
están: los de una bomba
de extracción de fluido
caliente en una
columna de destilación mediante un sistema de
recirculación por
bombeo,
La corrosión interna
o externa es una
causa frecuente de
pérdida de resistencia
de equipos,
especialmente en las soldaduras.
Fallo de un
compresor de
refrigeración de
un tanque de
almacenamiento
a baja temperatura y el
de un ventilador
extractor en un
sistema
equilibrado.
Un fallo típico
de los
intercambiadores
de calor es la
rotura de uno o
más tubos conductores del
fluido térmico.
6
Fallos de los
servicios
generales de
una planta
Energía eléctrica.
Ocasiona la parada de
los equipos accionados
eléctricamente. Ejms
bombas del agua de
refrigeración,
ventiladores del aire de refrigeración,
compresores de
refrigeración.
Del aire de
instrumentación.
Afecta a las válvulas
de control y al
control automático.
Del control por
ordenador.
Ocasiona la
pérdida de
control del
proceso con
movimientos simultáneos de
válvulas.
Del vapor de
agua. Deja fuera
de acción a los
equipos movidos
por turbina,
especialmente a
generadores eléctricos y
equipos de
refrigeración.
7
Del suministro de
combustible. Afecta a
los motores de
combustión y
especialmente turbinas
de gas y motores diesel.
Del gas inerte.
Ocasiona la pérdida
de presión del gas
inerte con las
consecuencias sobre
los equipos que
dependen de este
servicio.
Variación rápida
de la presión:
Ocasionada por
ejemplo por una
parada o
arranque súbito
de una columna
de destilación.
Contaminación
de una sustancia
densa o con un
componente de
punto de
ebullición
inferior. El
régimen de temperatura
normal puede
crear una
vaporización
anormal dando
lugar a una
sobrepresión.
8 Otros efectos
Reacciones químicas
incontroladas o
explosiones internas.
Ocasionadas por la
pérdida de control en un reactor, la admisión
de una mezcla
explosiva, la admisión
de un catalizador o
contaminante o por
contingencias.
Rotación o inversión del fluido en tanques de
almacenamiento refrigerados causada por una
estratificación de temperatura seguida de un movimiento
rápido de convección y vaporización.
Fuente: Loss Prevention in the Process Industries
Elaborado Por: Gustavo Falconí
63
3.2.2 Manejo de la presión de surgencia
Hay dos aspectos distintos del manejo de presión de surgencia:
1. Su control
2. La protección del oleoducto y del equipo
Control de la presión de surgencia. El objetivo del control de una surgencia es limitar
su magnitud para mantenerla en los límites admisibles del sistema (tuberías, bombas, y
válvulas). Un gran número de operaciones influye en el control de las surgencias.
Estas incluyen:
Operaciones de apagado de bombas
Operaciones de encendido de bombas
Operación de la válvula de control de presión
Operación de la válvula de control de flujo
Operación motorizada de la válvula
Cambios en las condiciones de suministro y entrega
Operaciones de inyección o entrega lateral
Controladores dinámicos
Protección del oleoducto y del equipo. El objetivo de la protección del oleoducto y del
equipo es preservar la integridad del sistema y prevenir fallas del mismo cuando ocurren
eventos que están más allá del control de los operadores.
Los operadores deben estar capacitados para proteger el sistema durante cualquiera de
las siguientes condiciones:
Falla de la potencia de la bomba
Falla del motor de la bomba
64
Operaciones de la válvula de emergencia (apagado o cierre)
Falla de la válvula
Accidentes y
Error del operador
Hay cuatro reglas básicas que los operadores deben recordar cuando manejan presiones
de surgencia:
1. Nunca realice tareas con precipitación. Tome su tiempo para comprender la
situación y complete cada tarea con seguridad y apropiadamente.
2. Siempre que sea posible, ejecute las tareas solo, por ejemplo
Iniciar bombas usando control
Apagar bombas usando control
3. Espere lo inesperado. Provea protección para una presión de surgencia ante
cualquier evento posible. Por ejemplo,
Fallas en la potencia de la bomba
Fallas en la válvula
Accidentes
Error del operador
4. Controle la presión de surgencia lo más cerca posible a su origen.
Adicionalmente, minimice la cantidad de equipo y de oleoducto expuesto a surgencias.
3.2.3 Dispositivos para el control de una surgencia
Hay cuatro tipos de dispositivos para manejar la presión de surgencia:
a) Válvulas de alivio de presión
b) Tanques de surgencia presurizados
65
c) Discos de ruptura
d) Controladores proporcionales, integrales y diferenciales.
a) Válvulas de alivio de presión. Son dispositivos mecánicos usados para proteger el
sistema de oleoductos de la excesiva presión. Las válvulas de alivio de presión (PRVS)
son instaladas usualmente en puntos de la línea donde el mantenimiento es fácil y el
acceso a las válvulas es libre.
b) Tanque de surgencia presurizado o “acumulador“. Contiene un gas que absorbe
las presiones de surgencia y previene su transferencia a otras partes del sistema de
oleoducto y actúa más como un absorbedor de choques en un automóvil. Los tanques de
surgencia presurizados son muy precisos y no requieren reparación porque no tienen
partes móviles. Sin embargo, los tanques de surgencia presurizados son usualmente un
poco costosos porque son regulados como vasijas de presión.
Un mantenimiento regular es también requerido para mantener el volumen de gas en el
tanque. Los tanques de surgencia presurizados previenen que los transientes que llegan
a una sección del oleoducto sean transmitidos a otra sección de la línea.
c) Discos de ruptura. Son un dispositivo no mecánico para el manejo de la presión de
surgencia el cual consiste en una membrana diseñada para romperse ante unas
condiciones predeterminadas de temperatura y presión.
d) Controladores proporcionales, integrales y diferenciales (PID)
Los controladores son usados para estabilizar parámetros ajustables rápida y
precisamente, como presión o caudal. Los controladores monitorean continuamente las
66
condiciones actuales, las comparan con las condiciones adecuadas, y ajustan la unidad
de control (válvula). Este monitoreo y control provee un control más rápido y preciso de
los oleoductos en la locación de la unidad de control. Los controladores PID operan
válvulas de control para presión, flujo u otros parámetros
3.3 INSTALACIÓN DE VÁLVULAS DE DESAHOGO 3
La tubería de entrada a las válvulas de desahogo, válvulas de seguridad y válvulas de
desahogo de seguridad deben tener una superficie cuando menos igual a la de la
conexión de entrada de la válvula.
Esto significa que la tubería de entrada debe ser lo bastante grande para asegurar que la
pérdida por fricción sea inferior al 3 % de la presión graduada para evitar movimiento
de la válvula, pues éste reduce mucho la capacidad de la válvula y puede ocasionar un
peligroso exceso de presión en el recipiente protegido.
Muchas válvulas reciben daños cuando se ponen en servicio por primera vez debido a
que no se limpia la conexión de manera apropiada cuando se instalan. Antes de la
instalación se debe proceder a una limpieza exhaustiva de toda suciedad y materias
extrañas de las caras de las bridas o de las conexiones roscadas tanto de la entrada de la
válvula como del recipiente y de la línea a la que esté conectada la válvula. Debido a
que las materias extrañas que pasan al interior y a través de las válvulas de seguridad
pueden dañar el asiento, los sistemas en los que se prueban y finalmente se instalan las
válvulas también se tienen que inspeccionar y limpiar.
A veces se emplea un revestimiento de espuma para proteger el asiento principal de la
válvula durante el transporte. Compruebe si hay algún revestimiento de espuma como el
3 Installation, Maintenance and Adjustment Instruction,www.crosby.com
67
mencionado y extráigalo antes de proceder a la instalación. Las juntas que se usan
deben tener unas dimensiones correctas para las bridas específicas. Los diámetros
interiores deben dejar totalmente libres las aberturas de entrada y salida de la válvula de
seguridad de modo que la junta no restrinja el flujo.
Tabla 5: Consideraciones previas a la instalación de válvulas de alivio y seguridad
Instalación de válvulas de alivio y seguridad (Pág.1)
Consideraciones
de instalación
Aspectos Relevantes
Los dispositivos
de relevo de
presión deben
estar construidos,
localizados e
instalados de tal
forma que sean
accesibles para su inspección y
reparación.
Las válvulas de
relevo de presión y
los dispositivos
carentes de la
posibilidad de
recierre pueden ser
utilizados como
dispositivos de protección
independiente o
combinación con una
válvula de relevo de
presión.
Los dispositivos de
relevo de presión
para aplicaciones de
vapor, deben estar
conectados al
recipiente en el
espacio de vapor, por
encima del líquido, o conectado a la
tubería en el espacio
de vapor del
recipiente que vaya a
proteger.
No es necesario
que los
dispositivos de
protección
requeridos sean
instalados
directamente en
el recipiente
cuando la fuente de presión es
externa al
recipiente y se
encuentra bajo
un buen control.
Conexiones de
entrada y salida
# 1
Los dispositivos
de relevo de
presión deben
estar construidos,
localizados e
instalados de tal forma que sean
accesibles para
su inspección y
reparación.
Las válvulas de
relevo de presión y
los dispositivos
carentes de la
posibilidad de
recierre pueden ser utilizados como
dispositivos de
protección
independiente o
combinación con una
válvula de relevo de
presión.
Los dispositivos de
relevo de presión
para aplicaciones de
vapor, deben estar
conectados al
recipiente en el espacio de vapor, por
encima del líquido, o
conectado a la
tubería en el espacio
de vapor del
recipiente que vaya a
proteger.
No es necesario
que los
dispositivos de
protección
requeridos sean
instalados directamente en
el recipiente
cuando la fuente
de presión es
externa al
recipiente.
68
Instalación de válvulas de alivio y seguridad (Pág.2)
Conexiones de
entrada y salida
# 2
Aspectos Relevantes
Los dispositivos de relevo de
presión deben
estar construidos,
localizados e
instalados de tal
forma que sean
accesibles para
su inspección y
reparación
Las válvulas de relevo de presión y
los dispositivos
carentes de la
posibilidad de
recierre pueden ser
utilizados como
dispositivos de
protección
independiente o
combinación con una
válvula de relevo de presión.
Los dispositivos de relevo de presión
para aplicaciones de
vapor, deben estar
conectados a l
recipiente en el
espacio de vapor, por
encima del líquido, o
conectado a la
tubería en el espacio
de vapor del
recipiente que vaya a proteger.
No es necesario que los
dispositivos de
protección
requeridos sea n
instalados
directamente en
el recipiente
cuando la fuente
de presión es
externa al
recipiente y se encuentra bajo
un buen control
Válvulas de
bloqueo entre el
dispositivo de
relevo de presión
y el recipiente
Un recipiente bajo presión puede tener
una válvula de bloqueo de paso
completo (sin restricciones) entre éste y
su dispositivo de relevo de presión,
exclusivamente por razones de
inspección y reparación.
Un recipiente o sistema en el cual la
presión es generada por una fuente
externa, puede tener un dispositivo de
relevo de presión en cada recipiente;
instalado en cualquier punto de la
tubería que los conecta.
Válvulas de
bloqueo a la
salida del
dispositivo de
relevo de presión
Una válvula de bloqueo de paso completo (sin restricciones de flujo) puede
colocarse en el lado de la descarga del dispositivo de relevo de presión, de tal
forma que el cierre de esta válvula de bloqueo evite el contraflujo de descarga de
cualquier otro recipiente bajo presión conectado más allá de la válvula de bloqueo
ya cerrada.
Pérdida de
presión a la
entrada para
válvulas de
seguridad-alivio y
operadas por
piloto
El tamaño nominal de toda la tubería, válvulas, accesorios y componentes que van
del recipiente a presión hacia su(s) válvula(s) de relevo de presión, ya sea(n) de
seguridad, seguridad-alivio u operadas por piloto, deben ser por lo menos del
mismo tamaño nominal que el de la entrada del dispositivo de relevo, y las
características del flujo, que van del recipiente hacia el dispositivo.
Líneas de
descarga de los
dispositivos de
seguridad
Cuando las líneas de descarga son largas,
o donde la descarga de dos o más
válvulas se encuentre conectada hacia
una línea común, y cuyas presiones de ajuste se encuentran dentro de un
intervalo similar, es necesario considerar
el efecto de la contrapresión que se
genera dentro del sistema al momento en
que las válvulas operen.
Donde sea factible,
es recomendable el
uso de una tubería
vertical corta o elevador de descarga,
conectado a un codo
de radio amplio
(bastón de descarga
corto) para cada
dispositivo de relevo
de presión, y que
vaya dirigido
directamente hacia la
atmósfera.
Toda línea de
descarga debe
correr tan
directamente como sea posible
hacia el punto de
descarga final.
69
Instalación de válvulas de alivio y seguridad Pág.3)
Instalación de
válvulas de relevo
de presión
Aspectos Relevantes
Deben ser
instaladas con el
vástago en posición vertical,
teniendo en
cuenta que:
El drenado en el lado
de descarga del
cuerpo de la válvula y la tubería de salida,
sea adecuado.
El diseño de la
válvula sea
satisfactorio en esa posición
El medio (fluido)
sea tal, que no se
acumule en la entrada de la
válvula.
Fuente: Relief Systems Handbook
Elaborado Por: Gustavo Falconí
3.3.1 Sugerencias para instalación
Para considerar el tamaño de la tubería en contra del tamaño de la válvula hay que tener
en cuenta la resistencia física de la válvula en relación con la de la tubería contigua. Las
dos reglas empíricas que se suelen utilizar para ello son: tamaño de la válvula no menor
que la mitad del tamaño de la tubería y tamaño de válvula no menor de dos tamaños
menos que el de la tubería. Se puede aplicar cualquiera de las reglas sin menoscabo de
la seguridad. A menudo, se instalan las válvulas de control sin dar mucha importancia a
la forma en que la disposición de la tubería contigua a la válvula puede influir en su
funcionamiento. Los ingenieros de control de proceso determinan con cuidado el
tamaño de cada válvula y especifican las características del macho; pero después, la
distribución física de la instalación la hacen diseñadores de tubería que quizá no tengan
muy en cuenta las funciones de control de la válvula.
Con frecuencia se descuida la caída de presión en las válvulas de cierre y tubería
contiguas. Sería lamentable que en muchos casos el cuidado para especificar las
válvulas en la etapa de ingeniería del proyecto y los esfuerzos del fabricante por proveer
características y capacidades precisas de las válvulas quede anulado con métodos
70
deficientes para instalación. Las siguientes recomendaciones ayudarán a obtener el
mejor rendimiento posible de las válvulas de control.
1. Evítense instalaciones que puedan constituir un efecto de boquilla en la
entrada a la válvula de control, pues perjudicarán las características de la válvula.
2. Evítense las válvulas de cierre de admisión muy cercanas entre sí porque
influyen en las características y en la capacidad.
3. Si hay que utilizar válvula de cierre y derivación con una válvula de control,
es preferible colocarla en una sección rectilínea. Hay que evitar los tubos múltiples
sinuosos que a veces se utilizan con las válvulas de control para tener acceso. Pueden
ocasionar problemas con la característica la capacidad de la válvula.
4. Evítense dobleces agudos cerca de la entrada de la válvula. Las secciones
rectas de entrada y salida de la válvula de control deben simular con la mayor
aproximación posible, la tubería que se utilizó para establecer originalmente la
capacidad de flujo y la característica. Los datos de estas pruebas se basan en secciones
rectas de alrededor de 5 diámetros nominales de tubo corriente abajo de la válvula y 12
diámetros corriente arriba para reductores y expansores de 13 diámetros de tubo
corriente arriba hasta la salida de un tanque; de 18 diámetros de tubo corriente arriba
para codos orientados en el mismo plano y de 30 diámetros de tubo corriente arriba para
codos orientados en un plano diferente.
Aunque estas recomendaciones suelen ser para casos ideales, si se aplican y se tiene
cuidado al seleccionar la disposición de la tubería en torno a la válvula de control
pueden ayudar a obtener el mejor rendimiento posible con la válvula seleccionada.
71
3.4 OPERACIÓN Y PUESTA EN MARCHA DE LAS VÁLVULAS DE
SEGURIDAD. 4
Entrega: Compruebe si dispone de todas las piezas que componen el albarán de
entrega. (Válvula completa, Albarán de entrega, Sus componentes, Manual de
instrucciones).
Desembalaje: Limpiar la válvula o sus partes de posibles restos de embalaje.
• Inspeccionar la válvula o las partes que la forman, acerca de posibles daños
recibidos durante el transporte
Identificación: El comprador o el usuario se responsabilizarán del montaje, instalación,
puesta en marcha y funcionamiento de la válvula.
Emplazamiento: Colocar la válvula de manera que pueda facilitar las inspecciones y
revisiones. Dejar suficiente espacio alrededor de la válvula para una adecuada revisión,
separación y mantenimiento.
Sentido del flujo: La válvula de alivio está diseñada para ir instalada según el sentido del
flujo indicado. (Fig.12)
Figura 12: Sentido de flujo en las válvulas
Fuente: www.inoxpa.com
Elaborado Por: Inoxpa
4 www.inoxpa.com
72
Posición de la válvula de alivio: La válvula de alivio está diseñada para ir instalada en
cualquier posición, aunque no es recomendable montarla boca abajo. (Fig.13)
Figura 13: Posición de la válvula de alivio
Fuente: www.inoxpa.com
Elaborado Por: Inoxpa
Montaje: Una vez definido el emplazamiento de la válvula se puede unir a la tubería
soldando el cuerpo o mediante accesorios. La válvula de alivio está diseñada para ir
instalada en cualquier posición, aunque no es recomendable montarla boca abajo.
Durante el montaje de las válvulas hay que evitar excesivas tensiones y prestar especial
atención a: Las vibraciones que se puedan producir en la instalación, Las dilataciones
que pueden sufrir las tuberías al circular líquidos calientes, Al peso que puedan soportar
las tuberías, La excesiva intensidad de soldadura.
Comprobación y revisión
Realizar comprobaciones antes de su uso:
Comprobar que la abrazadera y las tuercas de regulación están bien apretados.
En caso de llevar maneta, maniobrarla varias veces para comprobar su
funcionamiento. (El asiento de la válvula debe levantarse y bajar)
73
Soldadura: Los trabajos de soldadura sólo los podrán realizar personas calificadas,
formadas, y equipadas con los medios necesarios para realizar dichos trabajos. Antes de
empezar los trabajos de soldadura, desmontar la válvula.
Puesta en marcha.
Antes de poner la válvula en marcha deberá tenerse en cuenta:
Verificar que la tubería y la válvula están completamente limpias de posibles
restos de soldadura u otras partículas extrañas. Proceder a la limpieza del
sistema si es necesario.
Comprobar el movimiento suave de la válvula. Si fuera necesario, lubricar con
grasa especial o agua jabonosa.
Controlar las posibles fugas, verificar que todas las tuberías y sus conexiones
sean herméticas y sin fugas
Accionar la válvula.
Tarado de la válvula.
La válvula de alivio puede enviarse tarada de fábrica, si con anterioridad se ha
solicitado por escrito en el pedido. El tarado de la válvula de alivio se realiza mediante
un montaje tipo by-pass (recirculación del flujo). Para realizar el tarado, es necesario
disponer de una bomba, un manómetro (para medir la presión), una válvula de cierre y
de la válvula de alivio.
Poner en funcionamiento la bomba, con la válvula de cierre en posición cerrada. El flujo
hará el by-pass (recirculación) pasando por la válvula de alivio. Apretar la tuerca
superior (aflojando previamente la contratuerca) de la válvula de alivio hasta que el
manómetro indique la presión máxima de trabajo de la bomba. La válvula de alivio
74
quedará tarada a la presión indicada en el manómetro; si se superara esta presión, la
válvula de alivio se abriría y haría recircular el flujo impidiendo que se pudiera dañar la
instalación.
Tabla 6: Consideraciones para la operación de válvulas de alivio y seguridad
Operación de válvulas de alivio y seguridad (Pág.1)
1. La capacidad
total de los
dispositivos de
relevo de presión
debe ser suficiente
para descargar la
cantidad máxima
generada o
suministrada al
equipo, sin permitir
que se incremente la presión por encima
de la máxima
presión de trabajo
permisible, cuando
los dispositivos de
relevo estén
descargando.
2. Los recipientes
interconectados con un
adecuado sistema de
tubería que no
contengan válvulas
que puedan aislarlos,
se pueden considerar
como una unidad
independiente para
determinar la
capacidad de descarga requerida del
dispositivo de relevo
de presión.
3. Los
intercambiado-
res de calor y
recipientes
similares, deben
estar protegidos
con un dispositivo
de relevo que
desfogue una
capacidad
suficiente para evitar
sobrepresión en
caso de una falla
interna.
4. La
capacidad del
dispositivo de
seguridad de
relevo de
presión debe
estar marcada
en el mismo.
5. Cuando se
utiliza un solo
dispositivo de
relevo de presión,
éste debe ser
ajustado para
operar a una
presión que no
exceda la máxima
presión de trabajo
permisible del recipiente.
6. Cuando la
capacidad requerida
es abarcada por más
de un dispositivo de
relevo de presión, sólo se necesita
ajustar un
dispositivo a una
presión igual o
menor de la máxima
presión de trabajo
permisible, y los
dispositivos
adicionales pueden
ser ajustados para
operar a presiones mayores, pero en
ningún caso a una
presión del 5% por
encima de la
máxima presión de
trabajo permisible
7. Los dispositivos de
presión usados como
protección en contra
de la presión excesiva
causada por estar expuesto a incendio
(fuego directo) o
alguna otra fuente de
calor, deben estar
ajustados para operar a
una presión no mayor
del 10% por encima de
la máxima presión de
trabajo permisible del
recipiente.
8. En general
para tener una
operación segura,
la presión de
operación debe ser por lo menos
de un 10% por
debajo de la
máxima presión
de operación
permisible.
Se sugiere que
la diferencia
entre la presión
de operación y
la máxima presión
permisible de
trabajo (que es
la máxima
presión a la
cual se ajusta la
válvula para
actuar), se
mantenga tan
grande como
sea posible, con el objeto de
tener un marge
n suficiente
para evitar el
accionamiento
indeseable del
dispositivo de
relevo de
presión
9. Cuando
el servicio de la
válvula de relevo
es a alta
temperatura, los fabricantes deben
aplicar factores de
corrección por
temperatura.
Estos factores de
corrección dan
una aproximación
muy cercana a las
condiciones reales
del servicio,
dentro de las tolerancias
establecidas para
cada tipo de
válvula.
75
Operación de válvulas de alivio y seguridad (Pág.2)
10. Los
dispositivos de relevo de presión
sean capaces de
prevenir que la
presión se
incremente más del
20% por encima de
la máxima presión
de trabajo
permisible del
recipiente;
11. La presión de
ajuste de estos dispositivos no debe
exceder la máxima
presión de trabajo
permisible del
recipiente;
12. Los
dispositivos de relevo de presión
tengan suficiente
espacio para
evitar la
posibilidad de que
el recipiente se
encuentre
completamente
lleno de líquido;
13. La
máxima presión de trabajo
permisible del
recipiente en
donde los
dispositivos de
presión son
instalados, sea
mayor que la
presión del gas
licuado
comprimido a la máxima
temperatura
esperada4 que
alcanza el gas
bajo las
condiciones
atmosféricas.
14. La
capacidad y características de
la presión
diferencial de
cierre, debe
considerarse al
seleccionar una
válvula que le sea
compatible y al
adoptar el margen
de operación.
15. La presión
diferencial de cierre
típica para una
válvula de
seguridad o seguridad alivio en
un proceso en
general es de
alrededor del 10%.
En una válvula de
seguridad en una
caldera de
generación de
vapor, el diferencial
de cierre no debe
ser mayor de 4%.
En una válvula de alivio, el diferencial
de presión es difícil
de controlar, por
muchos aspectos,
pero el valor típico
es de alrededor del
25%.
16. A pesar de las
aparentes ventajas de
las válvulas operadas
por piloto, se debe
estar prevenido de que estas válvulas no
deben ser empleadas
en servicios abrasivos
o sucios, en
aplicaciones donde se
producen cenizas,
polimerización, donde
la corrosión de las
partes húmedas del
piloto pueda ocurrir,
donde exista
congelamiento del fluido o condensación
de los fluidos a
temperatura ambiente.
17. La capacidad de sello
(hermeticidad) afecta la selección
de una válvula, sea ésta operada por
resorte u operada por piloto. Este
factor varía dependiendo de la necesidad de usar asientos metal-
metal o blandos, así como también
de la temperatura y corrosión. El
sello que se requiera junto con el
método de prueba del mismo deben
ser especificados; el sello debe ser
verificado a una presión tal que no
esté por debajo de la presión normal
de operación.
18. El
comportamiento
de las válvulas
permite
tolerancias (+ o -) en la presión de
ajuste, la cual
varía según sea el
nivel de presión
que se maneje.
Las condiciones
de operación,
tales como
contrapresión,
variaciones de
presión y
vibración, influyen en la
selección de
diseños especiales
de válvulas e
incrementan la
presión
diferencial.
Fuente: Relief Systems Handbook
Elaborado Por: Gustavo Falconí
76
3.5 MANTENIMIENTO 5
Como un objetivo básico, el mantenimiento procura contribuir por todos los medios
disponibles a reducir, en lo posible, el costo final de la operación de la planta. De este se
desprende un objetivo técnico por el que se trata de conservar en condiciones de
funcionamiento seguro y eficiente todo el equipo, maquinaria y estructuras de
tratamiento.
El personal de mantenimiento tiene dos puntos de vista para cumplir estos objetivos: el
aspecto humano y el técnico. El evitar los accidentes previene pérdidas humanas y de
grandes responsabilidades. Por el lado técnico, la maquinaria, las instalaciones y los
equipos bien mantenidos no provocarán pérdidas económicas y facilitarán la producción
continua y eficiente de la planta.
3.5.1 Definiciones generales
Es necesario aclarar algunos conceptos respecto al verdadero significado de
mantenimiento. Generalmente no se hace distinción entre las diferentes clases de
mantenimiento. Popularmente, se conocen solamente dos tipos: el correctivo y el
preventivo. Puede decirse que la diferencia entre ambos es la misma que existe entre
“tener” que hacer una actividad de reparación y el realizarla “cuando esta se desea”.
Sobre la base de esta diferencia, se define:
5 ALPÍZAR .V Emilio, Mantenimiento, CAPRE/GTZ, Capítulo 5, Pág. 193-246
77
3.5.1.1 Mantenimiento preventivo
Es el conjunto de actividades que se llevan a cabo en un equipo, instrumento o
estructura, con el propósito de que opere a su máxima eficiencia, evitando que se
produzcan paradas forzadas o imprevistas. Este sistema requiere un alto grado de
conocimiento y una organización muy eficiente. Implica la elaboración de un plan de
inspecciones para los distintos equipos de la planta, a través de una buena planificación,
programación, control y ejecución de actividades a fin de descubrir y corregir
deficiencias que posteriormente puedan ser causa de daños más graves.
3.5.1.2 Mantenimiento correctivo
Es el conjunto de actividades que se deben llevar a cabo cuando un equipo, instrumento
o estructura ha tenido una parada forzada o imprevista. Este es el sistema más
generalizado, por ser el que menos conocimiento y organización requiere.
Cuando se hace mantenimiento preventivo dentro de un sistema correctivo, se le llama
mantenimiento rutinario. Cuando se hace mantenimiento correctivo en un sistema
preventivo, se le llama corrección de falla. En la práctica, no es posible diferenciar
totalmente ambos sistemas.
Para la segura y confiable operación de las válvulas de seguridad es necesario
practicarles un buen servicio y hacer reparaciones adecuadas. Aunque no es necesario
desmontar las válvulas del sistema para su mantenimiento, lo habitual es que se limite a
lapear los asientos y ocasionalmente reemplazar el disco. Las herramientas
recomendadas para el trabajo de lapeado son las siguientes:
1. Placa o plataforma para lapear
2. Lubricante resistente a altas temperaturas
3. Dos aros para lapear por tamaño y tipo de válvula
78
4. Compuesto o pasta para lapear
Aunque los puntos más delicados del lapeado, pulido, esmerilado o bruñido pueden ser
considerados como un arte de la mecánica, una persona suficientemente especializada
puede lograr una buena reparación de los asientos con alguna práctica. Conviene decir
que no existe un procedimiento exacto que englobe todos los casos posibles, dado que
diferentes personas pueden conseguir los mismos resultados utilizando sus propias
técnicas. Así la operación de lapeado se realiza con un movimiento oscilante en varias
direcciones, mientras se mantiene el aro de lapear libremente en los dedos y permitiendo
que repose en la superficie del asiento. Hay que controlar el movimiento del aro para
evitar que los bordes interior y exterior del mismo crucen el asiento. Si los bordes tocan
la superficie del asiento, éste puede rayarse o redondearse.
Antes de lapear los asientos del disco y tobera, el resalto o los bordes de los asientos
deben ser limpiados cuidadosamente utilizando un papel de lija de grano fino. El
propósito de esto es eliminar cualquier pequeña partícula de metal adherida a las
superficies. Una vez realizado el lapeado se inspeccionará cualquier rastro de defectos
como áreas grises o ralladuras, ya que requerirá la repetición de un lapeado completo
hasta alcanzar el acabado deseado.
Como criterio general, no limitativo, la inspección visual y el mantenimiento preventivo
de las válvulas debe ser practicado por lo menos dos veces al año, ajustándose a las
políticas internas de cada planta o sistema. Junto con ello se debe llevar una bitácora
que reúna todos los datos donde se incluyan aspectos tales como: Marca, Tamaño de
entrada y salida, Orificio, Presión de ajuste, Contrapresión, Servicio (fluido y estado),
79
Línea o equipo en la que está instalada, Número de identificación de la planta, Número
de serie de la válvula, Capacidad de descarga y Temperatura (operación/relevo).
El fabricante debe proveer al usuario o comprador de un manual de mantenimiento que
incluya los siguientes temas: Inspección visual, Desensamble, Mantenimiento de partes
internas, Lapeado de asientos, Reacondicionamiento de partes, Reensamble, Pruebas,
Ajustes, Solución de problemas más comunes.
Es obligatorio que el usuario siga las instrucciones de los manuales editados por los
fabricantes, los trabajos que se efectúen sobre estos equipos de seguridad deben ser
realizados exclusivamente por personal que demuestre haber recibido un riguroso
programa de capacitación (preferentemente por el fabricante) sobre el producto, ya que
la responsabilidad del reacondicionamiento será responsabilidad del usuario.
Tabla 7: Aspectos importantes del mantenimiento de válvulas en el campo
Mantenimiento de válvulas en el campo (Pág. 1)
Debido a la variedad de circunstancias y condiciones en que las operaciones de inspección y
mantenimiento se realizan sobre las válvulas de relevo de presión; a las posibles consecuencias, y a la
imposibilidad de evaluar todas las condiciones que puedan provocar daño al personal e instalaciones, se
dan las siguientes recomendaciones de seguridad sólo como una asistencia.
1.- Nunca se sitúe en el lado de la descarga de la válvula de relevo cuando se realicen pruebas o cuando
este en operación.
2.- Se deben utilizar tapones auditivos al realizar pruebas a las válvulas cuando se encuentren éstas en
operación.
3.- Extreme las precauciones cuando examine la fuga visible de la válvula de relevo.
4.- Nunca instale una válvula de relevo en otra posición que no sea la vertical. El diseño interno de las
válvulas de relevo está hecho para trabajar verticalmente, cuando es instalada en forma horizontal el
desalineamiento y fricción que se produce puede afectar el funcionamiento de la válvula.
80
Mantenimiento de válvulas en el campo (Pág. 2)
5.- El drene del cuerpo debe estar conectado y dirigido a una área que no represente riesgo si se deja
tapado este drene, los condensados se acumularán dentro del cuerpo; si se deja abierto, los fluidos
calientes y/o corrosivos que escapan representan un peligro para el personal o equipo que se encuentre
alrededor de la válvula.
6.- Las válvulas de relevo deben ser montadas proporcionando un acceso adecuado de 360º alrededor de
la válvula, así como por arriba de la misma, facilitando con esto su desensamble y mantenimiento.
7.- Cuando se va a desmontar la válvula de su instalación, limpie el lugar y utilice ropa de seguridad
para prevenirse de las salpicaduras de cualquier corrosivo que pudiera contenerse dentro de la misma, y
asegúrese de que la válvula está aislada del sistema de presión antes de desmontarla.
8.- Siempre amordace la válvula de relevo antes de ajustar el anillo, y asegúrese de quitar la mordaza
cuando haya concluido con los ajustes.
9.- Cuando la válvula esté equipada con palanca, ésta debe estar colocada de manera que no permita
contacto con otro instrumento o personal, que pueda causar que la palanca sea accionada
accidentalmente.
Fuente: Relief Systems Handbook
Elaborado Por: Gustavo Falconí
81
3.5.2 Procesamiento para el mantenimiento de válvulas de seguridad (Psv’s)
1. Recepción de la Válvula: La válvula es traída al taller de mantenimiento junto con
el formato MSDS "Hoja de Datos de Seguridad de Materiales, para tomar las
precauciones necesarias y Hoja de Datos de Proceso (Data Sheet) correspondiente.
1.1.- Se le asigna un Número de Trabajo, una Hoja de Registro de Inspección
PSV"s para su identificación y una caja (Tote Box) con el número de trabajo asignado.
1.2.- Dependiendo del sistema de registro para válvulas de seguridad que se
utilice en la Petrocomercial, se realizará Pre-test.
Si aplica Pre-test:
1.3.- Se lleva la válvula al banco de pruebas y se utiliza el medio de prueba de
acuerdo con el tipo de fluido que maneja (si el servicio es gas/vapor se utiliza aire o
nitrógeno, si el servicio es para líquidos se utiliza agua).
1.3.1.- Se ancla la válvula al banco de pruebas, se introduce aire / agua
lentamente para verificar el punto de disparo de la válvula y así verificar si se encuentra
calibrada, este procedimiento se realiza en presencia del Inspector de Confiabilidad y el
resultado es anotado en la Hoja de Registro de Inspección PSV s.
1.3.2.- Se realiza prueba de apriete de asientos (Seat tightness test for Pressure
Relief Valves, API Std. 527), introduciendo presión lentamente hasta alcanzar el 90%
del Punto de Ajuste para válvulas con asientos metal-metal y 95% para válvulas con
asientos blandos (O-ring, teflón, poliuretano, etc.) siempre que la válvula al haber sido
disparada se encuentre calibrada satisfactoriamente.
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Para válvulas en servicio de gas/vapor se verifica en la brida de salida, formando una
película con agua jabonosa la cual se expandirá si existe fuga y para válvulas para
servicio de líquidos se observa que en la brida de salida no haya flujo continuo, ni goteo
de agua.
La válvula es trasladada al área designada como zona de desensamble para la respectiva
inspección visual, desarme, limpieza e identificación de las partes con el número de
trabajo asignado.
2.1.- Se verifica la hoja de datos de seguridad de materiales (MSDS) para
verificar condiciones de servicio y tomar precauciones apropiadas. Todas las piezas de
la válvula son colocadas en la caja.
2.2.- Se realiza limpieza de las partes con un solvente desengrasante
biodegradable y puede ser aplicado con aspersores o trapo empapado. Los discos y
toberas serán removidos cuidadosamente y protegidos en las áreas de asientos.
2.3.- Se desarma el resto de la válvula hasta sus más pequeños componentes.
2.4.- Se limpian las partes internas con solvente biodegradable luego son
sopladas.
3.- Inspección de las partes: Se realiza una inspección visual de los componentes
internos y externos para verificar desgaste, corrosión, picaduras, etc
3.1.- Se miden las dimensiones críticas en discos y boquillas, para verificar si
éstos se encuentran dentro de las tolerancias establecida por el fabricante (ver manuales
técnicos para cada fabricante) y se anotan las medidas en la Hoja de Registro de
Inspección PSV's.
3.2.- Se chequean las bridas de entrada y de salida para su integridad.
83
3.3.- Se solicitan los repuestos (kit de empacaduras, partes a ser reemplazadas) al
almacén de materiales y las válvulas que queden en período de espera por repuestos
serán llevadas al área asignada de espera.
4.- Lapeado, maquinado y soldadura:
Técnicas de lapeado y pulido de asientos (Disco y Tobera):
4.1.-Lapeado manual: En este procedimiento se utilizan bloques de Lapeo y
compuesto abrasivo usando de dos (02) a tres (03) grados de este compuesto. Cada
compuesto abrasivo usado es de un grado mas fino que el anterior. Generalmente, los
grados de compuestos mas utilizados son 400, 600, 1200. El número del compuesto
abrasivo a utilizarse al comienzo depende del material y el estado de la superficie de la
pieza a ser lapeada. Si la pieza a lapear presenta rayas profundas se debe comenzar con
un compuesto de grado 400, hasta eliminar las rayas profundas. Las rayas superficiales
que queden serán eliminadas con un compuesto de menor grado, luego la pieza será
pulida en una tabla de pulir, hasta alcanzar un acabado tipo espejo.
Para el lapeado manual:
4.1.1.- Se coloca la pieza sobre el bloque de lapeo, al cual se le agrega una
pequeña película de compuesto abrasivo y se presiona le cara de asiento suavemente
haciendo una figura ocho (8) lentamente hasta eliminar las rayas. Para cambiar el grado
de compuesto abrasivo, primero se debe eliminar completamente del bloque y la pieza
el compuesto anterior.
84
5.- Re-ensamble de la Válvula: Antes de iniciar el reensamble de la válvula, se
verifica que todos los componentes estén completos dentro de la caja, identificados,
limpios, con los asientos (Disco y tobera) debidamente pulidos y kit de empacaduras
nuevas.
5.1.-Se asegura a una prensa el cuerpo de la válvula en posición vertical,
sujetándola por la brida de salida, sin pellizcar la cara saliente (Raised Face), la tobera
es lubricada (Grasa anti-seize) roscada al cuerpo y luego apretada usando un llave de
tubos.
5.2.- Se coloca el anillo de purga por la parte superior del cuerpo y se rosca a la
tobera por debajo del área del asiento.
5.3.- Se coloca una empacadura nueva al tornillo de bloqueo de anillo de purga,
se aplica lubricante a las roscas y se introduce el tornillo en su orificio sin apretarlo.
Esto bloqueará el anillo de purga en su lugar.
5.4.- Aplicar lubricante en el punto de rodamiento del disco colocarlo dentro del
portadisco.
5.5.- Se coloca la guía deslizante, introduciendo el vástago a través de la misma,
quedando el tope más largo tocando el portadisco Aplicar lubricante al tope del
portadisco y al tope inferior del vástago en la junta tipo pivote.
5.6.- Aplicar lubricante a la empacadura del cuerpo y ubicarla dentro del
mismo.
5.7.- Instalar cuidadosamente el conjunto portadisco, guía deslizante y vástago
dentro de la válvula. Aplicar lubricante a la superficie superior de la guía deslizante,
instalar empacadura y aplicar lubricante al tope de la empacadura.
5.8.- Instalar el resorte ensamblado dentro del vástago.
85
5.9.- Instalar el bonete en la válvula, introduciendo el vástago por tornillo de ajuste
abierto en el tope del bonete cuando se ubique en la válvula. Alinear guía del bonete con
la brida de descarga.
6.- Calibración y Pruebas de la Válvula6 : En esta fase la válvula es probada de
acuerdo con los procedimientos instrucciones recomendados por el fabricante y se
realizan las siguientes pruebas:
6.1.- Ajuste de presión (Set Pressure Test): se verifica por medio de la Hoja de
Datos (Data Sheet) la presión de ajuste de la válvula, el medio de prueba dependiendo
del servicio que presta (Gas/vapor liquido) y si se deben realizar correcciones por contra
presión compensación por temperatura.
La válvula es llevada al banco de pruebas y anclada a la mesa de pruebas que contiene
unos brazos de anclaje que se manejan con presión hidráulica o apernada a una brida de
pruebas dependiendo del tipo de anclaje del banco de pruebas. La presión de ancla
deberá superar la presión al cual será ajustada la válvula por razones de seguridad, pero
no podrá ser apretada excesivamente para no sobrepasar la presión de torsión de las
bridas a la entrada de válvula.
Correcciones en el ajuste de presión:
Por contrapresión: Ésta se realiza cuando en la hoja de datos de proceso se indica un
valor de contrapresión constante la cual será restada al valor de presión de ajuste (para
válvulas de alivio convencionales únicamente).
6 Calibración y Pruebas de válvulas, Código ASME sección VIII, División I,(Calderas y Recipientes a
Presión)
86
Por temperatura: Ésta se realiza cuando en la hoja de datos de proceso se indica que
el valor de temperatura de operación de la válvula sobrepasa 150 °F y éste se suma al
valor de ajuste de presión. Los ajustes de presión se realizan tomando en cuenta las
tolerancias de ajuste de presión emitidas por ASME, Sección VIII, Div I.
6.1.2.- Ajuste de la válvula para servicio de líquido: Se llena el banco de
pruebas con aceite hidráulico hasta que comience a fluir por el orificio ubicado en la
mesa de pruebas.
Una vez alcanzado el ajuste satisfactorio:
6.1.3.- Se aprieta la tuerca de bloqueo del tornillo de compresión de resorte para
fijarlo en ese lugar.
6.1.4.- Se procede a realizar el ajuste del anillo de purga aflojando en tornillo de
bloqueo del mismo hasta que permita que el anillo gire llevándolo hacia arriba hasta que
haga tope con el portadisco, se toma como referencia una ranura y se baja contando
tantas ranuras como lo especifique el manual del fabricante. Se ajusta nuevamente el
tornillo de bloqueo del anillo de purga y se aprieta. También si lubrica, se coloca y
aprieta la tapa con su empacadura sobre el bonete.
Al igual que en las válvulas para servicio de gas/vapor se realizan las mismas
correcciones por contrapresión y compensación por temperatura
6.2.- Prueba de Apriete de Asientos (Seat tightness test):
6.2.1.- Se realiza prueba de apriete de asientos (Seat tightness test) introduciendo
presión lentamente hasta alcanzar el 90% del Punto de Ajuste para válvulas con asientos
metal-metal y 95% para válvulas con asientos blandos(O-ring, teflón, poliuretano, etc.).
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En válvulas para servicio de gas/vapor se verifica en la brida de salida formando una
película con agua jabonosa la cual se expandirá si existe fuga.
6.3.- Prueba de contra presión (Back Pressure test): Ésta se realiza
introduciendo presión (30 psig) a la válvula por la brida de salida.
6.3.1.- Se verifica que no existan fugas en la juntas de la válvula aplicando agua
jabonosa. En válvulas cuya hoja de datos de proceso (indique una contrapresión
constante superior a 30 psig., la prueba se realizará introduciendo la presión indicada.
Este procedimiento se realiza en presencia del Inspector de Confiabilidad y los
resultados serán anotados en la Hoja de Registro de Inspección PSV's.
7.- Colocación de precintos, Placa de Calibración (Tagging): Habiendo culminado
las pruebas requeridas, se procede a la colocación de una placa de identificación, la cual
debe contener los siguientes datos:
Tag de la Válvula,
Presión de ajuste,
Contra presión (Si aplica),
Corrección por temperatura (Si aplica),
CDTP (Presión de ajuste en banco después de las correcciones) si aplica,
Fecha de calibración.
7.1. Se coloca la placa colgada a un alambre de acero inoxidable o cualquier otro
material resistente a la corrosión, que va desde la tapa a un punto del bonete el cual no
permite que se pueda girar la tapa para quitarla y se pueda realizar alguna modificación
al ajuste de presión.
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7.2.- Se bloquean las puntas del alambre con un plomo prensado.
Al encontrarse roto este precinto, automáticamente la válvula pierde su certificado de
calibración. También .se coloca otro- precinto que va desde el tornillo de bloqueo... del
anillo de purga hasta un punto del cuerpo, el cual protege al anillo de purga contra
cualquier modificación en su ajuste.
8.- Pintura7 : La válvula es pintada según las especificaciones del Sistema de
recubrimiento para superficies metálicas utilizado en Petrocomercial.
8.1.- La válvula es anclada a una paleta o patín de madera en posición vertical y
atornillada por la brida de entrada. Se colocan tapas plásticas a la brida de salida y se
enmascara la placa de identificación, luego se lleva al área de pintura, donde se le
aplicarán las capas exigidas en el Sistema de recubrimientos para superficies metálicas
utilizado en Petrocomercial
9.- Despacho: La válvula es despachada en la paleta o patín de madera, lista para ser
instalada en la línea/recipiente nuevamente.
7 Pintura, Código ASME sección VIII, División I,(Calderas y Recipientes a Presión)
CAPÍTULO IV
89
CAPÍTULO IV
4. LIMITACIONES DE LAS VÁLVULAS DE SEGURIDAD
Las válvulas de seguridad normalmente se utilizan en servicios generales de aire y
vapor en refinerías. La tubería de descarga cuando se usan este tipo de válvulas
generalmente tienen un sistema seccionado con codo y charola para recolección de
condensados.
Las válvulas de seguridad no deben ser usadas en servicios corrosivos en refinerías, en
servicios con contrapresión, en donde la descarga deba ir conectada a un lugar remoto,
en donde no se desea el escape del fluido alrededor de la válvula, en servicios de
líquidos o como controladora de presión o como válvulas de derivación.
4.1. Mal funcionamiento de las válvulas de seguridad 8
Los síntomas, causas y correcciones de las fallas comunes son:
1. Fugas o escurrimientos
2. Traqueteo
3. Disparo prematuro
4. Erosión, Corrosión
5. Cavitación
8 Mal funcionamiento de las válvulas de Seguridad, Greene Richard , Araiza Arredondo Manuel, Weaver
David H, Válvulas- Selección, uso y mantenimiento: Sistemas y procedimientos; 1999; Pág. 128-131
90
Procedimiento para determinar fallas en las válvulas de desahogo: Entre las fallas
más comunes tenemos:
4.1.1 Fugas o Escurrimiento
Compruébese la presión de funcionamiento. Una causa de las fugas por las
válvulas de desahogo de seguridad es el esfuerzo por maximizar la eficiencia del
proceso. Las presiones de funcionamiento pueden aumentar hasta que son casi
iguales a la graduación de las válvulas o a la presión máxima permisible de
funcionamiento del recipiente.
Verifíquese si hay corrosión o erosión. En una planta, las fugas ocurrieron por
un pequeñísimo cambio en el proceso, en el cual se utilizaba inicialmente
cloruro; de hidrógeno seco para el cual eran satisfactorias las guarniciones de
acero inoxidable. Más tarde, la humedad agregada lo convirtió en ácido
clorhídrico (HCI), muy corrosivo, que produjo la corrosión de las guarniciones.
La corrección fue emplear una válvula con guarniciones de Monel.
Compruébense tolerancias para disparo. Cuando 1a presión de
funcionamiento es bastante elevada; un borboteo de presión puede levantar el
disco y permitir fugas.
Véase si hay partículas de sólidos entre el asiento y el disco, En una
instalación de bombeo con válvulas de desahogo de seguridad el fluido
arrastraba cloruro de polivinilo (PVC) en polvo. Estas partículas eran lo bastante
duras cuando quedaban atrapadas entre el asiento y el disco de acero inoxidable
para rayar el asiento y permitir fugas. Un disco y asiento más duros no
corregirían la fuga, pues seguiría el problema de las partículas de polvo.
91
Véase si hay tubería de salida sin soportes. Una válvula de desahogo de
seguridad de 6, 8 o 10 pulgadas puede parecer muy fuerte, pero la tubería de
salida sin soportar puede alterar la alineación interna y ocasionar fugas (como se
menciona antes). La corrección es obvia: soportar la tubería.
Compruébese si hay esfuerzos térmicos en la tubería de salida. Los esfuerzos
térmicos pueden alterar también la alineación de los componentes internos de la
válvula de desahogo y permitir fugas. La corrección incluye el uso de soportes
flexibles y de bucles o juntas de expansión.
Véase si hay vibración de la tubería del recipiente protegido. Cuando la
presión de funcionamiento del sistema es casi igual que la de graduación de la
válvula, la vibración puede ocasionar fugas y disparo prematuro de la válvula. '
Compruébese si la válvula está instalada en forma vertical. Otra causa de
fugas es la instalación de la válvula de desahogo fuera de la vertical, quizá por
las limitaciones del espacio o la configuración de la tubería.
Compruébese si está bien armada. Puede parecer que una válvula está trabada
o pegada abierta, cuando en realidad está mal ajustada, para permitir una purga
de larga duración. Esto es lo que puede ocurrir si se la arma en forma incorrecta
después del mantenimiento o reparación.
Compruébese el pulimento correcto de los asientos. Si se han pulido con
pasta abrasiva el asiento y el disco durante el reacondicionamiento y la válvula
tiene fugas, la causa puede ser el asentamiento incorrecto.
Determínese la naturaleza de los fluidos del proceso. Cuando se trata de
fluidos ligeros, difíciles de retener, como el hidrógeno, pueden ocurrir fugas si
los asientos son de metal con metal.
92
Verifíquese si hubo errores u omisiones durante las pruebas. Aunque la
válvula haya sido probada en la fábrica antes de embarcarla, se debe probar otra
vez antes de instalarla; nunca se deben instalar tal como se reciben.
La vibración o el manejo brusco durante el transporte pueden producir
desalineación. Se calcula que de 2 a 3% de las válvulas que se embarcan se
desalinean.
4.1.2 Traqueteo
Compruébese si la válvula de tamaño es muy grande.- Una causa de
traqueteo es el tamaño muy grande de la válvula de desahogo de seguridad. Si el
volumen es menor del 15 % de la capacidad nominal, habrá tendencia al
traqueteo.
Compruébese si hay caída excesiva de presión en la tubería hasta la entrada
de la válvula.- Las pérdidas de entrada son importantes, en particular cuando el
diámetro del orificio es grande por comparación con el tamaño de la tubería de
entrada.
Compruébese si hay variaciones en la presión.- Las variaciones pueden actuar
en la descarga o en la entrada de la válvula de seguridad y ocasionar traqueteo,
lo mismo que la contrapresión variable o las ondas del choque en un cabezal
común de descarga.
4.1.3 Disparo prematuro
No se hagan ajustes internos cuando hay presión debajo del disco de la
válvula.- El disparo prematuro puede ocurrir cuando se realizan ajustes internos,
93
como subir o bajar el disco de purga, cuando la presión debajo del disco es casi
la presión graduada.
Corríjase la temperatura al guardar en frío.- Cuando de gradúa la válvula ala
temperatura ambiente pero se utiliza en servicio alta temperatura, la dilatación
del bonete y el cuerpo combinada con la reducción en la carga de resorte,
ocasionada por alta temperatura, hacen que se reduzca la presión graduada y se
tenga un disparo prematuro.
Compruébese si hay manómetros inexactos.- Si el manómetro utilizado para
graduar la válvula tiene lectura baja, por daños o desgaste, habrá disparo
prematuro. Si tiene lectura alta, la presión puede ser mayor que los límites del
recipiente.
4.1.4 Erosión
La erosión se localiza siempre en puntos en los que la velocidad de impacto es alta. El
daño producido por la erosión puede reducirse seleccionando la válvula adecuada para
cada servicio, con:
Sección de paso grande y sin estrangulamientos
Sección de paso lisa, con pocas irregularidades
Los mínimos giros del fluido posibles
La superficie del asiento y del obturador endurecido
En algunos casos, el daño más grave puede reducirse variando las condiciones de
operación, por ejemplo cambiando una bomba impulsora si está provocando altas
94
presiones de forma innecesaria. Para combatir la erosión más fuerte (especialmente
debida a fangos), las válvulas de diafragma y las de apriete son las más indicadas.
4.1.5 Corrosión
La corrosión, generalmente ocasionada por el ataque de una sustancia química o
impurezas, puede ser general o local. La corrosión general suele dar un deterioro
bastante uniforme de toda la superficie, en cambio, la corrosión local implica un daño
poco generalizado pero un ataque local severo, normalmente en puntos de la superficie
con imperfecciones o con fatiga.
La mejor forma de evitarla es seleccionar para la válvula la aleación más resistente o, en
casos extremos, instalarla de cerámica, revestida de vidrio o con cuerpo entero de
plástico. En cualquier caso, el material del que se construya la válvula debe resistir al
agente corrosivo particular.
Las tablas de corrosión son útiles para una visión general de posibles materiales de
construcción pero no aseguran una correcta selección para una aplicación particular. La
resistencia a la corrosión de cualquier material puede estar afectada por trazas de
diferentes sustancias, por eso el mejor método para escoger el material de la válvula es
la toma de datos experimentales con muestras expuestas a los fluidos que realmente
serán manejados bajo las condiciones de operación previstas.
Existen numerosas razones por las que una válvula puede inutilizarse por corrosión al
contener un fluido; un caso habitual es que el flujo de un gas esté previsto que sea seco
y en cambio contenga pequeñas cantidades de líquido que causan la corrosión; también
95
puede suceder que por un almacenaje inadecuado se dañen las válvulas, quedando los
efectos escondidos hasta que la válvula se expone a las condiciones de operación.
Cuando el daño no es grave es posible reparar el cuerpo de la válvula, al menos
provisionalmente, con una soldadura de metal o, para bajas presiones y temperaturas,
con resinas.
4.1.6 Cavitación
La cavitación es un fenómeno que puede afectar a la eficiencia de las válvulas y que,
dependiendo de su severidad, puede causar erosión, ruido excesivo o vibraciones
peligrosas. Este fenómeno consiste en la formación y colapso de cavidades de vapor en
un flujo de líquido. La cavidad de vapor puede formarse en cualquier lugar del flujo
donde la presión local se reduce a la presión de vapor del líquido a la temperatura del
líquido. En estos puntos una parte del líquido vaporiza y se forman burbujas o cavidades
de vapor. El colapso de las burbujas empieza cuando se desplazan hacia regiones donde
la presión local es mayor que la presión de vapor. Como ningún material puede resistir
el continuo golpeo de las burbujas que implosionan, la solución es evitar la formación
del vapor de cavitación o bien, prevenir su implosión. Para ello, las características que
debería tener la válvula son:
Capacidad de recuperación de baja presión
Un camino de descarga en el orificio que suponga la implosión del vapor de cavitación
en medio de la corriente de flujo en lugar de hacerlo contra los límites de la conducción.
Una abertura preparada para la libre descarga a un tanque u otro contenedor de líquido
96
Una forma que permita la aspiración de gas no condensable y su mezcla con las
burbujas de vapor, para la prevención de implosiones súbitas
De los tipos de válvula estándar, la válvula de globo con orificio de paso en forma de V
permite la recuperación de presión más baja y es la menos susceptible a sufrir
cavitación.
Las válvulas de mariposa y esféricas tienen una recuperación de presión
desfavorablemente alta en largas aperturas, pero algunas tienen pasos de caudal que
confinan las cavitaciones leves al centro de la corriente.
Las válvulas especiales anticavitación se caracterizan por múltiples y pequeños canales
de flujo y pasos tortuosos.
97
4.2 UNIDAD DE MANTENIMIENTO DE LA TERMINAL DE PRODUCTOS
LIMPIOS EL BEATERIO
Se encarga de la programación y ejecución del mantenimiento de todos los equipos
rotativos (motores eléctricos, bombas, dosificadores, generadores, medidores, etc.),
equipos estáticos (válvulas de seguridad, de compuerta, de bola, etc.), tanques de
almacenamiento y líneas de flujo de los diferentes sistemas existentes en las terminales
y depósitos de la Gerencia Regional Norte de acuerdo a una programa anual preventivo,
así también como correctivo y de taller.
4.2.1 Mantenimiento preventivo de las válvulas de alivio de presión 9
Este tipo de mantenimiento surge de la necesidad de rebajar el correctivo y todo lo que
representa. Pretende reducir la reparación mediante una rutina de inspecciones
periódicas y la renovación de los elementos dañados, si la segunda y tercera no se
realizan, la cuarta es inevitable.
En la Unidad de Mantenimiento de la Terminal de Productos Limpios El Beaterio
(Imagen 10), el periodo de operación de las válvulas de alivio es durante 3 meses,
posterior a éste, se realiza una inspección de las válvulas, para verificar si se encuentran
calibradas o poseen fugas; en el caso de haber alguna falla, será reemplazada y enviada
al taller para recibir mantenimiento.
9 Terminal de Productos Limpios El Beaterio
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Imagen 10: Unidad de Mantenimiento de la Terminal de Productos Limpios El
Beaterio
Fuente: Petrocomercial
Fotografiado por: Gustavo Falconí
Las válvulas de alivio utilizadas en las líneas de recepción y despacho de combustible
son las Anderson-Greenwood (Imagen 11), donde el fabricante recomienda, para un
óptimo funcionamiento las siguientes consideraciones en su mantenimiento:
1. Desmonte la válvula de la línea, realice la prueba hidrostática para determinar el
tipo de fuga y desármela según las instrucciones.
2. Remover el tornillo de ajuste del sello, y retire el primer o-ring. (Imagen 12)
3. Sacar el disco deslizable y sustituir el segundo o-ring localizado en el interior de
la misma y obtener el resorte contenido en el cuerpo de la válvula.
4. Limpiar de todos los componentes usando trapos limpios y un desengrasante a
base de agua, no use solventes.
5. Después de limpiar, revise cuidadosamente cada componente para asegurarse
que las partes metálicas movibles y las superficies de sellado no estén dañadas.
99
6. Reemplace los componentes dañados, colocando o-ring’s (Imagen 13) nuevos
en el tornillo de ajuste de la cápsula, en el disco deslizable y en la junta del
tornillo de ajuste y el cuerpo de la válvula.
Imagen 11: Válvula de alivio anderson
Fuente: Anderson- Petrocomercial
Elaborado Por: Gustavo Falconí
100
Imagen 12: Reparación de una válvula de alivio anderson
Fuente: Petrocomercial
Fotografiado por: Gustavo Falconí
Imagen 13: O-ring’s de teflón
Fuente: Petrocomercial
Fotografiado por: Gustavo Falconí
101
4.2.1.1 Limpieza
Una vez que ha sido desmantelada completamente la válvula, los asientos en la boquilla
y disco de inserción, deben ser examinados para determinar cuán dañados están.
Cualquier daño grave puede hacer aconsejable para reemplazar las piezas. (Imagen 14)
Partes externas, tales como el cilindro y la capucha, se pueden limpiar por inmersión
en un baño, con una solución caliente.
Partes Internas, se pueden limpiar con acetona, alcohol desnaturalizado o cualquier
otro disolvente adecuado. Limpieza mecánica de partes internas, excepto los asientos, se
puede realizar mediante la lija fina o paño de esmeril.
Imagen 14: Partes internas y externas de las válvulas anderson.
Fuente: Petrocomercial
Fotografiado por: Gustavo Falconí
102
4.2.1.2 Calibración 10
Una vez reemplazados los elementos desgastados, es necesario calibrar las válvulas a la
presión de apertura deseada, en el caso de la terminal El Beaterio, se manejan presiones
de 35 a 40 psi, pero las válvulas son calibradas a 100 psi, debido a efectos ambientales
se podrían superar las presiones del sistema.
El instrumento empleado para la calibración de las válvulas de alivio se llama
Calibrador de Bomba Manual (Imagen 15). Consiste en una bomba manual,
manómetro, válvula de aguja.
Imagen 15: Calibrador de Bomba Manual
Fuente: Petrocomercial
Fotografiado por: Gustavo Falconí
10 www.tycoflowcontrol-na.com/ld/CROMC-0294-US.pdf
103
El procedimiento para la calibración consiste en: bombear manualmente con la bomba,
el fluido hidráulico hacia el manómetro y válvula de alivio. La presión de ajuste o
calibración se identifica cuando se perciba y se escuche la apertura de la válvula por
medio de un disparo súbito o detonación violenta de la misma. En la mayoría de las
ocasiones se escucha o percibe un escape de fluido previo al disparo, que es lo que se
conoce como "siseo o preapertura de la válvula", pero esto no debe confundirse con la
presión de ajuste, ya que el siseo es necesario para que se produzca el "disparo".
En el momento de escuchar el disparo, se debe observar el manómetro de prueba, para
registrar el dato que debe encontrarse dentro de las tolerancias permitidas. También
debe registrarse el punto de cierre después del disparo para determinar el dato de la
presión diferencial de cierre.
Imagen 16: Tornillo y contra tuerca de calibración de la válvula
Fuente: Petrocomercial
Fotografiado por: Gustavo Falconí
104
Si cualquier dato registrado se encuentra fuera de los parámetros antes indicados, es
causa de rechazo de la prueba y será necesario modificar la posición del tornillo de la
válvula (Imagen 16). Una vez que se consiga la presión deseada, la contratuerca del
tornillo de calibración debe ser ajustada en la posición deseada para mantener la
presión.
Todas las válvulas deben drenarse y sopletearse después de verificar las pruebas de
funcionamiento, para asegurar que no queden residuos de ningún tipo que pueda
afectarlas.
4.3 Recomendaciones previas a la instalación, operación y mantenimiento de
válvulas de desahogo.
Que se necesita conocer para el mantenimiento de estas válvulas: Al igual que en
todos los mantenimientos de válvulas, es necesario conocer su funcionamiento,
aplicabilidad y los materiales de los componentes de la válvula y sobre todo los valores
con os que está operando o tiene que operar.
Condición de la válvula de desahogo: Las válvulas están bajo carga de resorte, salvo
que operen con un piloto del tipo de falla sin peligro, y si se utilizan para vapor o aire,
tienen una palanca para abrir la válvula si la presión del recipiente no es mayor del 75%
de la presión de desahogo.
105
Porqué lubricar una válvula de desahogo: La lubricación es parte del mantenimiento
de una válvula, en las válvulas de alivio de presión (desahogo), la lubricación es
importante por cuanto mantiene en óptimas condiciones el funcionamiento de la misma.
No seguir las instrucciones de instalación y mantenimiento de estos equipos podría
producir una explosión, un incendio y/o contaminación química que ocasionaría daños a
la propiedad y lesiones personales o la muerte.
Cuando usted lubrica una válvula de desahogo: La lubricación de las válvulas de
desahogo se realiza durante el mantenimiento o calibración de la misma, previa su
instalación, toda válvula que se haya abierto (estallado) debe revisarse para determinar
si está dentro de los parámetros de presión permitidos de comienzo de descarga.
Cómo lubricar una válvula de desahogo: La lubricación se realiza como parte de la
calibración de la misma o aplicando los tipos de lubricantes recomendados por el
fabricante o proveedor.
CAPÍTULO V
106
CAPÍTULO V
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
5.1 Conclusiones
Llevar a cabo una inspección sistemática de todas las instalaciones, con
intervalos de control para detectar oportunamente cualquier desgaste o rotura,
manteniendo los registros adecuados.
Por un mal mantenimiento de las válvulas de alivio o seguridad, se presenta
escapes continuos de combustibles, vapor, condensados, aire comprimido, con
su respectiva pérdida de energía; por lo cual su operatividad se reduce,
induciendo pérdidas.
La calibración de una válvula de desahogo es bastante compleja, debido a que
debe existir gran precisión del operario; porque si existe una falla del mismo, la
calibración será errónea e inexacta.
Al existir deformación o desgaste de los O-ring de teflón, ubicados en el interior
de las válvulas de alivio, existirá una fuga de producto a través de estas, ya que
no se producirá el sello hermético deseado.
Las válvulas de seguridad actuadas por resorte, válvulas de alivio actuadas por
resorte, válvula de protección presión/vacío, en comparación con los discos de
ruptura, pin de ruptura, posee grandes ventajas debido a su operabilidad y
costos, el utilizar válvulas con discos de ruptura, representa un continuo
mantenimiento para sustituir los discos rotos y eleva los costos por operación.
107
5.2 RECOMENDACIONES
La grasa y otros materiales puestos en las cámaras de salida de las válvulas de
alivio pueden endurecer la válvula de alivio e impedir su apertura o afectar los
materiales de los discos de goma, lo que produce fugas prematuras o posibles
rupturas del tanque.
La inspección visual y el mantenimiento preventivo de las válvulas deben ser
practicados por lo menos dos veces al año, ajustándose a las políticas internas de
cada planta o sistema. Junto con ello se debe llevar una bitácora que reúna todos
los datos donde se incluyan aspectos tales como: Marca, Tamaño de entrada y
salida, Orificio, Presión de ajuste, Contrapresión, Servicio (fluido y estado),
Número de identificación de la planta, Número de serie de la válvula, Capacidad
de descarga y Temperatura (operación/relevo).
El o-ring de teflón que va colocado en la cápsula, debe ser colocado de manera
cuidadosa ya que si se ajusta demasiado el tornillo donde se localiza, existirá
una deformación del o-ring, permitiendo así el paso de fluido a través de la
cápsula.
Después de cierto tiempo de operación de las válvulas de alivio, es necesario
reemplazar los tres o-ring’s usados, por un kit de o-ring’s nuevo, ya que estos
sufren desgaste y deformaciones, propiciando deficiente funcionamiento de la
válvula.
Una vez sustituidos los O-rings de la válvula de alivio, se debe considerar que
pueden existir acumulaciones de sólidos, pintura o incrustaciones en el interior
de los componentes de la válvula, se debe realizar una limpieza integra de cada
una de las partes, para evitar posibles fallas.
108
BIBLIOGRAFÍA
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Selección, uso y mantenimiento: Sistemas y procedimientos; 1999
2. LEES, F.P; Loss Prevention in the Process Industries; Oxford,
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Chemical Engineers, 1992
4. Smith Peter-Zappe. R.W, Valve Selection Handbook , Fifth Edition
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10. www.tycoflowcontrol-na.com/ld/CROMC-0294-US.pdf
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ario%20de%20Aut/trabajos/Trabajos%202005/Valvulas/Paginas/Fallas.htm
109
GLOSARIO
1. Capacidad de descarga: La capacidad de descarga es la cantidad de flujo
mensurable a un porcentaje de sobrepresión permitida, para ser usada como base
para la utilización de una válvula de seguridad en una aplicación. Se expresa en
unidades de flujo másico o volumétrico.
2. Acumulación: La acumulación es la presión en el recipiente que se incrementa
por encima de la máxima presión de operación permisible del mismo durante la
descarga a través de la válvula de seguridad. Se expresa en porcentaje de la
presión de ajuste o en unidades de presión.
3. Contrapresión: La contrapresión es la presión estática que existe en el lado de
la descarga de la válvula de seguridad, provocada por la presión del sistema de
descarga.
La contrapresión se clasifica como sigue:
Constante.- Se especifica como una contrapresión simple y que relativamente no tiene
variaciones.
Variable.- Se especifica con un intervalo, dando límites máximos y mínimo, debido a
que esta contrapresión cambia de un momento a otro. Ejemplo: 0 a 1,4 kPa.
4. Contrapresión generada: La contrapresión generada es la presión que se
desarrolla en la salida de la válvula como resultado del flujo que existe después
de que la válvula ha abierto.
5. Contrapresión sobrepuesta: La contrapresión sobrepuesta es la presión que
existe en el lado de la descarga de la válvula antes de que ésta abra.
110
6. Fuego; incendio: Término que describe el caso de falla por exposición al calor,
de la cual resulta un incremento de presión dentro de un recipiente o sistema,
debido a la radiación de calor exterior, por ejemplo, en un incendio.
7. Máxima presión de trabajo permisible; máxima presión de operación
permisible: Es la máxima presión manométrica permisible a la que un
recipiente puede operar, a la temperatura designada. El recipiente no debe ser
operado por encima de esta presión. Esta presión se basa en los cálculos de cada
componente del recipiente utilizando el espesor nominal empleado en el
componente, excluyendo las tolerancias para la corrosión y espesores requeridos
para cargas diferentes de la presión interna.
8. Presión absoluta: Es la suma de la presión manométrica más la presión
atmosférica (barométrica). Se expresa en unidades de presión seguidas de una
extensión en minúsculas (ejemplo: bar a, kPa abs.).
9. Presión de apertura: La presión de apertura es la presión a la entrada de la
válvula de seguridad a la cual se puede medir el levantamiento, o a la cual se
puede determinar una descarga continua ya sea por observación, porque se siente
o por el ruido que genere.
10. Presión de cierre: La presión de cierre es el valor de la presión a la entrada de
la válvula, al cual el disco restablece el contacto con el asiento de la tobera,
obturando nuevamente el pasaje de flujo, y el valor del levantamiento es cero.
11. Presión de disparo; detonación: Es el valor de presión estática ascendente y a
la cual el disco se mueve en dirección de apertura a una velocidad muy superior
comparada con la correspondiente velocidad a la que lo hará a presiones
inferiores o superiores. Se presenta después del siseo, a la presión de calibración
111
de la válvula, de manera audible en forma de súbito y violento disparo o
detonación.
12. Presión de operación: La presión de operación es la presión manométrica a la
cual normalmente trabaja el recipiente, debiendo existir un margen dado entre la
presión de operación y la máxima presión de trabajo permisible.
13. Presión de primer escape o de primera fuga; presión de primeras burbujas:
La presión de primer escape es el valor de presión estática creciente que entra en
la válvula, y a la cual se percibe la primera burbuja cuando se está probando una
válvula de seguridad-alivio con asiento blando por medio de aire, y a través de
un sello de agua creado en el lado de la salida de la válvula.
14. Presión de prueba de hermeticidad; presión de prueba para fuga: La
presión de prueba para fuga es la presión inducida a la entrada de la válvula a la
cual se realiza la cuantificación del burbujeo (fuga) entre los asientos, de
acuerdo al procedimiento de prueba para determinar la hermeticidad o fuga que
exista entre los asientos.
15. Presión de prueba en frío: Es la presión estática a la cual se ajusta la válvula
para operar estando montada en un banco de pruebas, y que incluye factores de
corrección para compensar las diferencias del medio de prueba, la temperatura
y/o la contrapresión.
16. Presión de relevo: Es la suma de la presión de ajuste más la sobrepresión.
17. Presión diferencial de cierre; diferencial de cierre: El diferencial de cierre es
la diferencia entre la presión de ajuste y la presión de cierre de la válvula de
seguridad, después de que ésta ha estado en operación. Se expresa en porcentaje
de la presión de ajuste o en unidades de presión.
112
18. Presión manométrica: Es la presión medida por un manómetro, y representa la
diferencia entre la presión absoluta y la presión atmosférica (barométrica). Se
expresa en unidades de presión seguida de la abreviación "man" (manométrica).
Ejemplo: bar man, kPa man,…).
19. Purga: es la diferencia entre la presión graduada y la de nuevo asentamiento
automático de una válvula de desahogo, expresada como porcentaje de la
presión graduada o en psi y suele ser de 4 % menos que la presión graduada.
20. Siseo; preapertura; advertencia: El siseo aplica a válvulas de seguridad o
seguridad-alivio en fluidos compresibles únicamente. El siseo es el indicador
audible de escape de fluido de entre los asientos de la válvula, a una presión
estática ligeramente por debajo de la presión de disparo (apertura súbita) de la
misma. Se expresa en porcentaje de la presión de ajuste o en unidades de
presión.
21. Sobrepresión: La sobrepresión es la presión que se incrementa por encima de la
presión de ajuste del dispositivo de relevo al estar descargando. Normalmente se
expresa como un porcentaje de la presión de ajuste. La sobrepresión puede ser
igual a la acumulación, cuando la válvula está ajustada a la máxima presión de
operación permisible del recipiente
22. Traqueteo: Movimientos rápidos oscilatorios sin control del disco durante la
descarga de una válvula de seguridad, caracterizada por el sonido violento que
produce el disco al hacer contacto con el asiento de la tobera. Dichos
movimientos se consideran anormales.
23. Zona de presión primaria: La zona de presión primaria es la existente a la
entrada de la válvula de seguridad, seguridad-alivio o alivio, y por lo tanto, la
113
zona de presión primaria estará constituida por las partes que formen la entrada
de la válvula, es decir, la tobera (o semitobera-cuerpo) y el disco.
24. Zona de presión secundaria: La zona de presión secundaria es la existente en
la cavidad que se encuentra entre el área de descarga y la salida de la válvula de
seguridad, seguridad-alivio o alivio y, por lo tanto, la zona de presión primaria
está constituida por las partes que forman la salida de la válvula, es decir,
cuerpo, bonete y capucha.
25. Presión de tarado: Es la presión a la cual abre la válvula.
26. Presión de cierre: Es aquella presión a la cual se cierra la válvula una vez
desaparecida la causa que motivó su apertura.
27. Blowdown: La diferencia entre la presión de capacidad real de una válvula de
alivio de presión y reales de la presión reseating expresada como un porcentaje
de presión conjunto o en la presión de blowdown unidades de presión - el valor
de la disminución de la presión estática de entrada en el que no se detecta la
aprobación de la gestión a la salida de una válvula de alivio de presión después
de que la válvula ha sido sometida a una presión igual o superior a la capacidad
de presión.
28. Estado Estable: es un estado o condición del sistema (oleoducto) que no
cambia en el tiempo.
29. Condiciones Transientes: es cualquier condición inestable (cambiante) del
flujo que cambia continuamente con el tiempo. Un estado transitorio puede
también referirse a una transición entre dos condiciones de estado.
114
30. Surgencia: es un cambio en la presión producida por condiciones como
encendido o apagado de la bomba, apertura o cierre de válvulas y fugas en la
línea.
31. Tanque de Surgencia Presurizado: es también llamado acumulador, previene
la transferencia de presiones de surgencia a otras partes del sistema de
oleoducto.
32. Surgencias Cíclicas: son pequeñas presión de surgencia que oscilan en el
interior del oleoducto. Las oleadas cíclicas están asociadas con los equipos del
oleoducto, tales como bombas reciprocantes y válvulas de reducción de presión.
33. Transiente de Presión: un cambio en la energía que añade o remueve energía
de un oleoducto.
34. Surgencia hacia abajo: es la presión de surgencia del oleoducto que es
negativa porque su magnitud está por debajo de la presión de operación normal
del oleoducto.
35. Surgencia hacia arriba: es la presión de surgencia en el oleoducto que es
positiva porque su magnitud está por encima de la presión de operación normal.
36. Transientes de Velocidad: también conocida como transientes de presión, son
ondas de presión que se presentan cuando hay un cambio en el manejo del
caudal generado por un cambio en la energía del fluido en el oleoducto.
ANEXOS
115
ANEXOS
ASME sección VIII, División 1 Apéndice M, Edición 1992 I / Instalación y
Operación
M-2 Corrosión: (a) los recipientes sujetos a la corrosión externo deberán instalarse
donde haya suficiente acceso a todas las partes del exterior para permitir la inspección
adecuada del exterior, a menos que se proporciona una protección adecuada contra la
corrosión o a menos que el recipiente es de tal tamaño y por lo tanto está conectado que
puede quitarse fácilmente desde su ubicación permanente para la inspección.
(b) recipientes con hoyo de inspección o placas de cubierta para permitir la inspección
del interior deberán instalarse de manera que estas aperturas sean accesibles.
(c) en recipientes cilíndricos verticales sujeta a la corrosión, para asegurar el drenaje
completo, la cabeza de la parte inferior, si es fuerte, preferiblemente debe ser cóncava a
presión.
M-5 Parar las válvulas entre dispositivos de alivio y recipientes
(a) un recipiente, en el que se puede generar presión debido a las condiciones de
servicio, puede tener una válvula de parada completo-área entre ella y su dispositivo de
alivio de presión para fines sólo de inspección y reparación. Cuando se proporciona una
parada de la válvula, puede ser bloqueado o sellado y apertura; y no deberá ser cerrada
excepto por una persona autorizada que permanecerá allí durante ese período de
operación del recipiente en el que la válvula permanece cerrada, y que deberá volver a
bloquear o sellar la válvula de parada en la posición abierta antes de salir de la estación.
116
(b) un recipiente o sistema para que la presión proveniente de una fuente externa
exclusivamente puede tener dispositivos de alivio de presión individual en cada
recipiente, o conectado a cualquier punto en la tubería de conexión, o en cualquiera de
los recipientes a ser protegidos. En virtud de un acuerdo de este tipo, puede haber una
válvula de parada entre cualquier recipiente y los dispositivos para aliviar la presión.
M-11. Diferenciales de presión para las válvulas de seguridad
Debido a la variedad de condiciones de servicio y diseño que existen de las válvulas de
seguridad y seguridad-alivio solo se darán recomendaciones generales que sirvan de
guía con respecto a la diferencia entre la presión de ajuste de la válvula y la presión de
operación del recipiente. Las dificultades en operación serán minimizadas procurando
un diferencial adecuado según el caso.
Margen de Operación: Con objeto de establecer el margen de operación que será
utilizado se deben hacer consideraciones acerca de las características del proceso. Para
minimizar los problemas de operación, es imperativo que el usuario tome en cuenta, no
solo las condiciones normales de los fluidos (presión y temperatura) sino también los
arranques y paros de planta, problemas del proceso, condiciones ambientales, tiempo
de respuesta de los instrumentos, fluctuaciones de la presión debidas al súbito cierre de
una válvula, etc.
Cuando estas condiciones no son consideradas en cuenta, el dispositivo de alivio de
presión se convertirá en un controlador de presión, tarea para la cual no fue diseñado,
Consideraciones adicionales se deben hacer para la descarga de fluidos peligrosos o
117
contaminantes. Mayores diferenciales son apropiados para fluidos tóxicos, corrosivos o
excepcionalmente valiosos.
Consideraciones acerca de las características de las válvulas de seguridad-
alivio:
La capacidad y características del BLOW-DOWN, es la primera consideración al
seleccionar una válvula que le sea compatible, y al adoptar el margen de operación.
Después de que la válvula por sus propios medios reduce la presión, deberá ser capaz de
cerrar por encima de la presión normal de operación, por ejemplo: Si una válvula se
ajusta con 100 psig con un BLOW-DOWN de 7% cerrará a 93 psig. Por tanto, la
presión normal de operación deberá mantenerse por debajo de 93 psig con el objetivo de
prever fugas o flujos de una válvula parcialmente abierta.
Los usuarios deberán procurar mayor cuidado al ajuste el BLOW-DOWN de válvulas
grandes. Las instalaciones para pruebas sean estas propiedad del fabricante, talleres de
reparación o de los usuarios, generalmente no tienen la capacidad para verificar con
exactitud el ajuste del BLOW-DOWN en consecuencia, los ajustes no pueden ser
considerados como exactos a menos que se realicen en campo, estando la válvula
instalada..
La capacidad de sello, es otro factor que afecta la selección de una válvula, sea esta
operada por resorte u operada por piloto. Este factor varía dependiendo de la necesidad
de usar asientos metal-metal o blandos, así como también de la temperatura y corrosión.
El sello que se requiera junto con el método de prueba del mismo deberán ser
especificados; el sello deberá ser verificado a una presión normal de operación. Es
118
necesario recordar que cualquier grado de sello obtenido, no deberá ser considerado
como permanente. La operación de la válvula invariablemente reduce el grado de sello.
El comportamiento anticipado de las válvulas permite tolerancias (+ ó -) en la presión
de ajuste, la cual varía según el nivel de presión que se maneje.
Las condiciones en operación, tales como contrapresión, variaciones de presión y
vibración influyen en la selección de diseños especiales de válvulas e incrementan la
presión diferencial.
Consideraciones Generales
Se recomienda adoptar las siguientes diferenciales de presión a menos que la válvula de
seguridad o seguridad-alivio haya sido diseñada o probada en un fluido específico o
similar, y que las recomendaciones hechas por el fabricante indiquen menores
diferenciales.
Para presiones de ajuste hasta de 70 psi un diferencial mínimo de 5 psi es recomendado.
En esta categoría las tolerancias de la presión de ajuste es de ± 2 psi y para la prueba de
sello será de 10% ó 5 psi lo que sea mayor.
Para presiones de ajuste de 71 psi a 1000 psi, un diferencial mínimo de 10% es
recomendado. En esta categoría la tolerancia en la presión de ajuste es de ± 3% y el
diferencial para la prueba de sello de 10%. Para presiones mayores de 1000psi se
recomienda un diferencial mínimo de 7% en esta categoría las tolerancias de la presión
de ajuste es de ± 3% y el diferencial para la prueba de sello deberá ser de 5%.
M-12. Instalación de válvulas de seguridad-alivio
Las válvulas de seguridad y seguridad-alivio cuya carga es proporcionada por el resorte,
deberán ser instaladas con el vástago en posición vertical.
119
Donde el espacio o las tuberías impiden la instalación vertical, la válvula podrá ser
instalada en otra posición, teniendo en cuenta:
1. que el diseño de la válvula sea satisfactorio en posición
2. que el medio (fluido) sea tal que no se acumule en la entrada de la válvula
3. que el drenado en el lado de descarga del cuerpo de la válvula y la tubería de
salida, sea adecuado.
M-13. Fuerza de reacción y Cargas aplicadas externamente
a) Reacción Forzada: La descarga de una válvula de seguridad provoca fuerzas de
reacción, debidas al flujo sobre la misma válvula y su correspondiente tubería.
El diseño de la instalación, requerirá del cálculo de momentos flexionantes y esfuerzos
sobre la tubería y la tobera del recipiente. Existen efectos por mementos flexionantes y
efectos por presión en un estado de flujo constante; así como transitorias cargas
dinámicas causadas por la apertura.
b) Cargas Externas: La válvula puede sufrir la aplicación de fuerzas mecánicas a
través de la tubería de descarga como resultado de la expansión térmica, movimientos
fuera de sus anclas y el peso de alguna tubería que no tenga soportes independientes.
Los momentos flexionantes aplicado a una válvula de seguridad cerrada, pueden
ocasionar fugas y excesivos esfuerzos en la tubería de entrada. Por lo tanto el diseño de
la instalación deberá considerar estas posibilidades.
120
NORMA API- RP 520 PARTE II INSTALACIÓN DE VÁLVULAS
a) Relación entre la presión de ajuste y la presión de operación
Efecto de la presión diferencial en el funcionamiento de la válvula
A la presión de ajuste, la fuerza que actúa contra el disco de la válvula debida a la
presión del sistema, solamente es suficiente para equilibrar la carga del resorte más el
peso de las partes móviles. Por lo tanto, no existe una fuerza a la presión de ajuste, que
mantenga a la válvula sellada herméticamente. Para asegurarnos de que esta situación
no exista en condiciones normales de trabajo, se sugiere que la presión diferencial entre
la presión normal de operación y la presión de ajuste sea tan grande como sea posible,
considerando la economía del diseño tanto del recipiente como de otros equipos, la
operación del sistema, y las características del funcionamiento de los dispositivos de
alivio de presión.
Consideraciones de las características de presión en servicio.
La diferencia entre la presión de operación y la presión de ajuste de la válvula es de
mucha mayor importancia cuando la presión de sistema no es estable. Estas condiciones
de presión inestable pueden presentar severas fluctuaciones, como por ejemplo en la
línea de descarga de una bomba reciprocante o donde existan compresores. En todos los
casos, un mayor diferencial dará como resultado menos reparaciones.
121
b) Instalación múltiple de válvulas de seguridad con ajuste escalonado
Ventajas de una instalación múltiple contra una simple.
En muchas ocasiones, las válvulas son calculadas para manejar la cantidad total del
fluido resultante de una situación de máxima emergencia; sin embargo, durante
trastornos pocos severos del sistema, solamente una pequeña fracción de esa cantidad es
descargada a través de la válvula. Si el volumen del fluido a la entrada de la válvula es
insuficiente para mantener el flujo, la operación de la válvula será cíclica resultando un
funcionamiento deficiente, y por otro lado la habilidad de la válvula para hacer un
recierre hermético puede ser afectada. Este tipo de condiciones de servicio pueden
existir en una estación reductora al fallar, pero bajo condiciones de menor flujo, la
válvula de seguridad sólo descargará una porción de su capacidad total. Cuando en la
operación normal se enfrenten situaciones como las anteriores, se recomienda el uso de
varias válvulas de menor tamaño calibradas en forma escalonada, de tal manera que la
válvula de menor calibración manejará pequeñas capacidades de descarga y el resto de
las válvulas entrarán en operación cuando los requerimientos de capacidad se
incrementen.
c) Manejo previo a su instalación y pruebas
Almacenamiento y manejo de válvulas de seguridad-alivio
Debido a que la limpieza es esencial para un funcionamiento y sello satisfactorio de la
válvula, se deberán tomar todas las precauciones necesarias para impedir la entrada de
cualquier material ajeno. Las válvulas que no sean instaladas de inmediato, después de
haberse recibido ya sea del fabricante o del taller de preparación, deberán ser tapadas
122
adecuadamente por ambas bridas (entrada y salida), particularmente se debe cuidar que
la entrada de la válvula se mantenga absolutamente limpia.
Las válvulas deberán almacenarse cerradas o donde la suciedad, polvo u otras formas de
contaminación sean mínimas. No permita que las válvulas (con sus bridas tapadas o
desprotegidas), sean arrojadas a una pila o colocadas promiscuamente directamente
sobre el suelo en espera de su instalación. Las válvulas deberán ser manejadas con
mucho cuidado, evitando someterlas a fuertes golpes, la omisión del punto anterior
causara considerables daños internos o desalineamientos, con lo que el sello de los
asientos se verá afectado.
Inspección de válvulas previa a su instalación
Antes de su instalación todas las válvulas deberán someterse a una minuciosa
inspección visual (para verificar que la válvula este en buen estado) antes de ser
instalada. Los manuales de mantenimiento de los fabricantes deberán ser consultados
para detalles referentes a válvulas específicas. Es necesario asegurarse de que el
material protector de las bridas así como cualquier material extraño que esté dentro del
cuerpo o la tobera haya sido removido, de lo contrario, el material extraño que se
encuentra adherido dentro de la tobera, será soplado a través de los asientos cuando la
válvula entre en operación, y por consiguiente algunas de estas basuras podrían dañar
los asientos o quedar atrapadas entre los mismos, ocasionando fugas.
123
Calibración de válvulas de desahogo
1. Objetivos
General:
Comprobar si las válvulas de desahogo se encuentran calibradas,
utilizando como instrumento, un calibrador de peso muerto.
Específicos:
Verificar si los manómetros de vaselina y seco se encuentran en buen
estado y calibrados.
Observar la presión a la que la válvula tiene apertura,
Calibrar la válvula de desahogo, usando como referencia los datos del
fabricante.
Calibrar dos válvulas de desahogo utilizando 3 manómetros.
2. Teoría
Las válvulas de desahogo de presión evitan la sobre presión en el equipo y tuberías de
procesos. Estas válvulas funcionan automáticamente a una presión predeterminada para
descargar el fluido y reducir la sobre presión.
Las válvulas de desahogo para líquidos empiezan a abrir cuando la presión interna llega
al valor de la presión graduada y tendrá un aumento hasta que sea de 10 a 33% mayor
que la graduada, según el tipo de servicio. La válvula llega a su plena capacidad con una
sobrepresión de 25%. La presión de desahogo se define como la presión graduada más
la sobrepresión.
En las válvulas para gas y vapores, la presión estática abre el disco y lo mantiene abierto
una fuerza dinámica. Esta fuerza la produce la velocidad creciente del flujo en la
124
boquilla cónica debajo del disco y en la parte inferior acampanada del disco, llamada
cámara de presión. La cámara de acumuladora desvía el flujo del fluido.
Calibrador de Peso Muerto
A presiones superiores a las que se consideran prácticas para el estándar de tipos de tipo
columna líquida, el probador de medidor de peso muerto, constituye un instrumento de
gran utilidad. Estos probadores utilizan un pistón en el que se colocan pesos para ejercer
una presión sobre un fluido hidráulico que sirve para activar el medidor de presión que
se está calibrando.
Estos probadores se pueden utilizar presiones superiores a 5 lb/plg² en el rango de 6 a
2500 lb/plg² y sobre 30 lb/plg² en el rango de 30 a 12000 lb/plg². La presión mínima es
la ejercida por el peso del pistón y por sus aditamentos de sujeción para el probador
particular que está usando; esto puede ser desde 30 hasta 250 lb/plg². En todas las
mediciones, el peso debe estar libre para flotar y se hace girar lentamente, con el fin de
minimizar los efectos de fricción.
Los medidores de peso muerto son capaces de alcanzar una precisión en la lectura de
0,01%, con una resolución de 5ppm a carga completa, disminuyendo a 50ppm sin
ninguna carga o peso mínimo. En los rangos inferiores, estos probadores tienen
incrementos tan bajos que llegan hasta 0,1 lb/plg² y, en los rangos más altos,
incrementos de 0,5 lb/plg².
Una bomba manual, aplica una presión al sistema líquido, inyectado a través de una
válvula de aguja por un depósito o tanque de fluido a presión. La presión se aplica
mediante esta bomba manual hasta que todo el sistema se encuentre en equilibrio
hidráulico con el pitón que porta los pesos de calibración que flotan con el cilindro.
125
Los medidores de peso muerto se pueden emplear cuando el manómetro que se calibra
está sometido directamente a la presión del fluido hidráulico en el medidor de peso
muerto, o bien, pueden servir para calibrar manómetros con una unidad auxiliar en la
que dos presiones se comparan por medio de in indicador de presión diferencial. Este
último método se emplea cuando el gas, agua u otro líquido normalmente en contacto
con el medidor en calibración no son compatibles con el fluido hidráulico que se usa en
el medidor de peso muerto.
3. Procedimiento:
Fase Esquema Procedimiento
1
126
2
3
4
5
6
7
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5.- Equipos y materiales:
5.1.- Equipos: Calibrador de peso muerto, 2 Manómetros de vaselina, 1
Manómetro seco, 4 Válvulas de desahogo, Llave pico de loro, Llave de agua
5.3.- Materiales: Teflón, Periódico, Acople macho y hembra, Franela, ¼ Aceite
hidráulico
6.- Datos experimentales:
1.- Válvula de Desahogo (Anderson - Greenwood & Co)
Presión Estándar Servicio Capacidad Presión de Apertura
100 Psi Gas 91 SCFM AIR 120 PSI
2.- Válvula de Desahogo #1 (TAYLOR TOOLS)
Presión Estándar Rango Capacidad Presión de Apertura Estado de la Válvula
600 Psi 450-900 psi 750 – SCFM 320 PSI Descalibrada
3.- Válvula de Desahogo #2 (TAYLOR TOOLS)
Presión Estándar Rango Capacidad Presión de Apertura Estado de la Válvula
50 PSI 20-75 psi 77 - SCFM 50 PSI Calibrada
7.- Resultados:
La válvula de desahogo, no estaba calibrada, ya que la presión que soporta dicha
válvula es de 100 psi, y cuando realizamos la práctica exploto en 120psi.
El manómetro de vaselina estaba mal encerado, ya que tenía que encontrarse en
0 psi y se encontraba en 20 psi.
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Las válvulas de 100 y 600 PSI se encontraban descalibradas para lo cual se
necesito la regulación de las tuercas de ajuste y tuerca del tornillo para la
calibración de las mismas.
8.- Discusión:
En primera instancia de la practica existió diversidad de criterios con respecto al
funcionamiento del equipo, todos teníamos la idea de lo que queríamos hacer, pero la
equivocación de todos fue el nunca averiguamos cuál era la forma de hacerlo, para lo
que debíamos haber contado con el conocimiento y luego de esto poder realizar la
práctica satisfactoriamente.
Conclusiones:
La calibración de una válvula de desahogo es bastante compleja, debido a que
debe existir gran precisión del operador; debido a que si existe una falla del
mismo, la calibración será errónea e inexacta.
El manómetro de vaselina no se encontraba encerado y empezaba a marcar
desde 20 psi lo cuál genero un error en la precisión de la lectura de presión, de
apertura de las válvulas.
La placa de la válvula de desahogo el fabricante daba una presión máxima de
100 psi. Y en la práctica el manómetro seco marco 120psi. En relación al
manómetro de vaselina que marco 140 psi, la variación se dio debido al estado
del manómetro y a la calibración de la válvula.
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Recomendaciones:
Cerciorarse que todos los elementos estructurales del equipo se encuentren bien
ajustados y sellados para evitar posibles fugas.
Investigar sobre el tema a tratar en la práctica, para tener una noción clara de lo
que se va a realizar y como se lo va hacer.
Siempre tener en cuenta sobre las especificaciones que da el fabricante para
cerciorarnos de la exactitud de los equipos, ya que estas servirán de guía al
suscitarse un mal funcionamiento del equipo y así utilizar dichos datos en la
compostura del mismo.
Bibliografía:
RICHARD W, Green, VALVULAS, SELECCIÓN USO Y
MANTENIMIENTO, Mc Graw_Hill, 1987
HAROLD E. SOISSON, INSTRUMENTACIÓN INSDUSTRIAL, LIMUSA-
NORIEGA EDITORES, MEXICO*ESPAÑA*VENEZUELA*COLOMBIA.