Tipos de Válvulas de Seguridad y Principio de Funcionamiento

Una válvula de seguridad protege un sistema contra sobrepresión. La sobrepresión ocurre cuando la presión del sistema excede la Presión Máxima de Trabajo Permitida (PMTP) o la presión para la cual el sistema está diseñado. Las válvulas de seguridad pueden abrirse muy rápidamente en comparación con las válvulas de alivio. Una válvula de seguridad se abre a partir de una presión establecida; la válvula primero se abre un poco, luego se abre completamente para que la presión no deseada se elimine del sistema lo más rápido posible.

Las válvulas de seguridad evitan aumentos de presión que pueden provocar fallas, riesgos de incendio o explosiones. El medio del sistema acciona completamente una válvula de seguridad, manteniéndola operativa en caso de fallo de energía. Las válvulas de seguridad solo tienen partes mecánicas, que funcionan cuando los dispositivos de seguridad electrónicos o neumáticos fallan.

Tabla de contenidos

• Terminología importante
• Tipos de válvulas de seguridad
• Tipos de actuación de válvulas de seguridad
• Criterios de selección
• Aplicaciones
• Símbolo de la válvula de seguridad
• Certificaciones de válvulas de seguridad
• Válvula de seguridad de presión vs válvula de alivio
• Preguntas frecuentes

Terminología importante

• Sobrepresión: Presión excesiva sobre la presión establecida de la válvula de seguridad.
• Presión de operación: La presión a la cual el sistema funciona bajo condiciones normales de operación.
• Presión establecida: La presión a la cual el disco de la válvula de seguridad comienza a levantarse y abrirse.
• Elevación: La distancia que el disco se mueve desde la posición cerrada a la posición requerida para la descarga.
• Contrapresión: La presión acumulada en la salida de la válvula de seguridad durante el flujo. La contrapresión = Contrapresión acumulada + Contrapresión superpuesta.
• Contrapresión acumulada: La presión en la salida cuando la válvula de seguridad se abre.
• Contrapresión superpuesta: La presión en la salida de una válvula de seguridad cerrada.
• Presión máxima de trabajo permitida (PMTP): La presión máxima permitida a una temperatura designada bajo condiciones normales de operación. La PMTP es la presión máxima que el componente más débil del sistema puede manejar.
• Reducción de presión: La diferencia entre la presión a la cual el disco se levanta y la presión a la cual la válvula se cierra. La reducción de presión generalmente se expresa como un porcentaje.
• Capacidad de descarga: La velocidad a la cual la válvula de seguridad puede liberar presión en exceso.

Tipos de válvulas de seguridad

Existen diferentes tipos de válvulas de seguridad: válvulas con un mecanismo de resorte, válvulas con fuelles equilibrados y válvulas de seguridad pilotadas. Cada tipo tiene una ventaja en una situación específica.

Mecanismo de resorte

La válvula de seguridad más común es una válvula de seguridad de resorte o de acción directa. Una ventaja de este tipo es que está disponible para rangos de presión desde aproximadamente 1 hasta 1400 bar. El mecanismo consta de los siguientes componentes:

• Cámara de expansión: La cámara de expansión (Figura 2 etiquetada A) aumenta la superficie contra la cual el medio del sistema empuja para abrir la válvula de seguridad, lo que permite que se abra rápidamente.
• Resorte: La rigidez del resorte (Figura 2 etiquetada B) determina a qué presión el medio del sistema puede comenzar a abrir la válvula.
• Disco: El disco (Figura 2 etiquetado C) se coloca en la boquilla y se mueve hacia arriba y hacia abajo para permitir o evitar el flujo a través de la válvula de seguridad.
• Anillo de boquilla: El anillo de boquilla (Figura 2 etiquetado D) afecta la presión a la cual el disco se vuelve a asentar. Una configuración alta puede hacer que el disco se asiente demasiado tarde, mientras que una configuración baja puede hacer que el disco se abra y cierre aleatoriamente cuando no debería.
• Boquilla: La boquilla (Figura 2 etiquetada E) controla el área de superficie del disco con la que interactúa el medio antes de que se abra la válvula. Esto hace que el medio trabaje contra un área de superficie más grande cuando se abre la válvula, aumentando la fuerza que actúa sobre el disco y abriendo el disco rápidamente.

El equilibrio entre la fuerza del resorte de una válvula de seguridad y la fuerza de entrada controla la apertura y el cierre de la válvula. La presión de entrada y el área de superficie del disco con la que interactúa el medio determinan la fuerza de entrada. Según la Ley de Pascal, la fuerza es igual al producto de la presión y el área. Por lo tanto, a medida que aumenta el área del disco con la que interactúa el medio, también lo hace la fuerza.

La característica más importante de las válvulas de seguridad es que se abren rápidamente por completo para alcanzar la máxima capacidad de descarga en el menor tiempo posible. Esto es posible porque el disco de la válvula tiene un diámetro mayor que la boquilla. Tan pronto como la presión de entrada sea lo suficientemente alta, el disco se levanta. En este momento, la superficie del disco a la que el medio puede llegar se vuelve más grande. Esto resulta en una fuerza de entrada mucho mayor que la fuerza del resorte, y la válvula se abre completamente.

Existen versiones especiales de válvulas de seguridad para medios incompresibles y compresibles y gases/vapores. Las válvulas de seguridad para gases y vapores a menudo se abren antes de que se alcance la presión establecida y se abren al menos al 50% de la elevación en la presión de respuesta (ver Figura 3). Las válvulas de seguridad de este tipo tienen una desventaja significativa: son muy susceptibles a la contrapresión, lo que puede afectar negativamente la seguridad de la válvula.

Fuelles equilibrados

Las válvulas de seguridad con fuelles equilibrados no son susceptibles a los impactos negativos de la contrapresión. Los fuelles (Figura 4 etiquetados B) sobre el disco aseguran que la contrapresión se distribuya de manera uniforme por encima y por debajo del disco. Además, el resorte no entra en contacto con el medio, evitando la influencia no deseada del medio en el resorte. La desventaja de las válvulas de seguridad con fuelles equilibrados es que su PMTP es menor que la de las válvulas de acción directa. Operan hasta un máximo de 15.9 bar.

Válvula de seguridad pilotada

En una válvula de seguridad pilotada, la presión requerida para abrir el disco está mucho más cerca de la presión de trabajo del sistema. Esto elimina aumentos de presión innecesarios más allá de la presión de trabajo. Los siguientes componentes trabajan juntos para hacer esto posible:

• Muelle piloto: El muelle piloto (Figura 5 etiquetado A) controla la presión a la cual el obturador piloto se abre.
• Válvula piloto: La válvula piloto (Figura 5 etiquetada B) se abre a una presión establecida, lo que lleva a una diferencia que permite que la válvula principal se abra.
• Muelle principal: El muelle principal (Figura 5 etiquetado C) cierra la válvula principal hasta que se abre la válvula piloto.
• Válvula principal: La válvula principal (Figura 5 etiquetada D) se abre para permitir el flujo desde la entrada hasta la salida.
• Perilla de ajuste: La perilla de ajuste en la válvula piloto (Figura 5 etiquetada E) permite ajustar la presión establecida.

Mientras la presión de entrada sea menor que la presión establecida, la válvula permanece cerrada (Figura 5 izquierda). Tan pronto como la presión de entrada supere la presión de respuesta, la válvula piloto se mueve hacia la posición abierta, permitiendo el flujo a través del agujero piloto y fuera de la válvula (Figura 5 centro). Esto provoca una diferencia de presión sobre la válvula principal, lo que la hace moverse hacia arriba, permitiendo que el resto del medio fluya libremente hacia la salida (Figura 5 derecha). La válvula se cierra cuando la presión de entrada vuelve a caer por debajo de la presión de respuesta.

Válvula de peso muerto

Una válvula de peso muerto es el tipo más simple de válvula de seguridad. Consiste en una válvula de bronce en la parte superior de la tubería vertical de vapor de una caldera. Cuando la presión dentro de la caldera aumenta lo suficiente, el vapor levanta la válvula hasta que disminuye lo suficiente para volver a su asiento. Este tipo de válvula solo es adecuado para aplicaciones estacionarias.

Tipos de actuación de válvulas de seguridad

Los tipos de actuación de las válvulas de seguridad son cruciales para cómo responde una válvula y se adapta a diferentes sistemas. Aquí tienes una visión general simplificada de los tres tipos principales:

• Válvulas de seguridad eléctricas: Estas utilizan señales eléctricas para el control, lo que las hace ideales para sistemas que necesitan ajustes precisos pero no necesariamente respuestas rápidas. A menudo se utilizan en configuraciones automatizadas donde la válvula puede programarse para reaccionar a condiciones específicas como cambios de presión.
• Válvulas de seguridad neumáticas: Estas válvulas utilizan aire comprimido para funcionar, ofreciendo respuestas rápidas. Son ideales para lugares donde la electricidad no es una opción o es demasiado peligrosa. Las encontrarás en industrias como el petróleo y gas o el procesamiento químico, donde ayudan a aliviar rápidamente la presión para prevenir accidentes.
• Válvulas de seguridad hidráulicas: Operadas por presión de fluido (generalmente aceite), estas válvulas son para uso pesado donde se necesita mucha fuerza para abrir o cerrar la válvula. Proporcionan un funcionamiento suave y son perfectas para situaciones de alta presión donde una caída repentina de presión podría causar problemas.

Criterios de selección

Para proteger tu sistema contra la sobrepresión, es esencial comprender los cinco criterios de selección a continuación. Por favor, lee nuestro artículo técnico sobre la selección de válvulas de seguridad para comprender mejor estos criterios.

• Presión establecida
• Contrapresión
• Capacidad de descarga
• Temperaturas de operación
• Material de la válvula y de sellado

Aplicaciones

El propósito de una válvula de seguridad es principalmente para aplicaciones industriales para proteger contra la sobrepresión, que puede causar situaciones peligrosas como incendios o explosiones. Las válvulas de seguridad industriales se encuentran comúnmente en:

• Industria del petróleo, gas y petróleo: Por ejemplo, las válvulas de seguridad subsuperficiales, o válvulas de seguridad de fondo de pozo, son comunes en pozos petroleros en alta mar. En caso de mal funcionamiento del equipo, una válvula de seguridad puede cerrarse rápidamente para evitar que el petróleo y el gas fluyan hacia arriba del pozo en condiciones inseguras.
• Energía: Las válvulas de seguridad en plantas de energía son comunes para gases compresibles como vapor y aire.
• Sanitario: Las válvulas de seguridad de acero inoxidable son ideales para industrias que requieren condiciones sanitarias. Por ejemplo, en las industrias de alimentos, bebidas y farmacéutica.
• HVAC: Las válvulas de seguridad alivian la presión en caso de descarga bloqueada, expansión térmica o calor externo que puede dañar los componentes.

Símbolo de la válvula de seguridad

Certificaciones de válvulas de seguridad

Las válvulas de seguridad deben cumplir con varias normas nacionales e internacionales de seguridad y calidad. Para asegurarte de que el producto cumple, consulta las normas locales.

TÜV

La certificación TÜV evalúa la seguridad de un producto. Verifica que cumple con los requisitos mínimos de la Directiva de Equipos a Presión (PED) 2014/68/CE. La PED establece los estándares para el diseño y fabricación de equipos a presión como dispositivos de alivio de presión, calderas de vapor, tuberías y recipientes a presión que operan a una presión máxima permitida superior a 0.5 bar.

ASME

La ASME (Sociedad Estadounidense de Ingenieros Mecánicos) garantiza la especificación y acreditación de recipientes a presión, calderas y dispositivos de alivio de presión.

ISO 4126

La norma ISO 4126 es una especificación general para válvulas de alivio de presión, independientemente del medio de aplicación.

Válvula de seguridad de presión vs válvula de alivio

Las válvulas de seguridad de presión y las válvulas de alivio tienen similitudes y diferencias importantes.

• Similitudes: Ambos tipos de válvulas son dispositivos de seguridad diseñados para abrir automáticamente a un nivel de presión establecido para prevenir la sobrepresión en un sistema.
• Diferencias: Las válvulas de seguridad de presión están diseñadas para abrir rápidamente y aliviar rápidamente la presión. Las válvulas de alivio de presión se abren de forma más gradual para controlar la disminución de presión del sistema.

Obtén más información en nuestro completo artículo de comparación de válvulas de seguridad y alivio de presión.

Preguntas frecuentes

¿Qué hace una válvula de seguridad?

Una válvula de seguridad reduce rápidamente la presión de un sistema cuando alcanza niveles inseguros. La válvula de seguridad continúa operando hasta que la presión del sistema vuelve a niveles seguros.

¿Cuál es la diferencia entre una válvula de alivio y una válvula de seguridad?

Una válvula de alivio no detendrá inmediatamente el funcionamiento de los componentes aguas abajo, mientras que una válvula de seguridad sí lo hará.

¿Cuáles son los tipos de válvulas de seguridad?

Los tipos comunes de válvulas de seguridad son de acción directa, pilotadas y con fuelles equilibrados.

¿Qué es una válvula de seguridad ASME?

Una válvula de seguridad ASME cumple con los requisitos de la Sección I del código de recipientes a presión de ASME. Estas válvulas deben tener una gran tasa de flujo constante con no más del 10% de sobrepresión.