¿Qué es una válvula de seguridad?
Figura 1: Válvula de seguridad
Una válvula de seguridad protege un sistema contra la sobrepresión, que ocurre cuando la presión del sistema supera su Presión Máxima de Trabajo Admisible (PMTA). La válvula se abre a una presión predeterminada, inicialmente de forma ligera y luego completamente, para liberar rápidamente el exceso de presión. Esto previene fallos relacionados con la presión, riesgos de incendio o explosiones. Las válvulas de seguridad son operadas mecánicamente, lo que garantiza su funcionamiento incluso durante cortes de energía, y actúan como un respaldo confiable cuando los dispositivos de seguridad electrónicos o neumáticos fallan.
Tabla de contenidos
- Terminología importante
- Válvula de seguridad con mecanismo de resorte
- 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
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Terminología importante
- Sobrepresión: Exceso de presión sobre la presión establecida de la válvula de seguridad.
- Presión de operación: La presión a la que el sistema trabaja bajo condiciones normales de operación.
- Presión de ajuste: La presión a la que el disco de la válvula de seguridad comienza a levantarse y abrirse.
- Elevación: La distancia que el disco se mueve desde la posición cerrada hasta la posición requerida para la descarga.
- Contrapresión: La presión acumulada en la salida de la válvula de seguridad durante el flujo. 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 (MAWP): La presión máxima permitida a una temperatura designada bajo condiciones normales de operación. MAWP es la presión máxima que el componente más débil del sistema puede manejar.
- Purga: La diferencia entre la presión a la que el disco se levanta y la presión a la que la válvula se cierra. La purga generalmente se expresa como un porcentaje.
- Capacidad de descarga: La tasa a la que la válvula de seguridad puede liberar el exceso de presión.
Válvula de seguridad con mecanismo de resorte
El tipo más común de válvula de seguridad es una válvula de seguridad de acción directa o cargada por resorte. 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 el área de superficie contra la que el medio del sistema empuja para abrir la válvula de seguridad, permitiendo 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 etiquetada C) se asienta en la boquilla y se mueve hacia arriba y hacia abajo para permitir o impedir el flujo a través de la válvula de seguridad.
- Anillo de boquilla: El anillo de boquilla (Figura 2 etiquetada D) afecta la presión a la que el disco se reasiente. Un ajuste alto puede hacer que el disco se reasiente demasiado tarde, mientras que un ajuste bajo puede llevar a 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 el medio interactúa antes de que la válvula se abra. Esto hace que el medio trabaje contra un área de superficie más grande cuando la válvula se abre, aumentando la fuerza que actúa sobre el disco y abriéndolo rápidamente.
Figura 2: Válvula de seguridad con mecanismo de resorte: cámara de expansión (A), resorte (B), disco (C), anillo de boquilla (D) y boquilla (E).
El equilibrio entre la fuerza del resorte de una válvula de seguridad y la fuerza de entrada controla la apertura y cierre de la válvula. La presión de entrada y el área de superficie del disco con la que el medio interactúa 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 el medio interactúa, también aumenta 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 un tiempo mínimo. Esto es posible porque el disco de la válvula tiene un diámetro mayor que la boquilla. Tan pronto como la presión de entrada es lo suficientemente alta, el disco se levanta. En este momento, la superficie del disco a la que puede llegar el medio 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 elevación a 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.
Figura 3: Mecanismo de válvula de seguridad para gases y vapores (izquierda): anillo de boquilla (A) y patrón de flujo (B). Característica de descarga de una válvula de seguridad para gases y vapores (derecha): presión de ajuste (1) y elevación (2).
Criterios de selección
Para proteger su sistema contra la sobrepresión, es esencial entender los cinco criterios de selección a continuación. Por favor, lea nuestro artículo técnico sobre selección de válvulas de seguridad para entender mejor estos criterios:
- Presión de ajuste
- Contrapresión
- Capacidad de descarga
- Temperaturas de operación
- Material de la válvula y del sello
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 a menudo en:
- Industria del petróleo, gas y petroquímica: Por ejemplo, las válvulas de seguridad subsuperficiales, o válvulas de seguridad de fondo de pozo, son comunes en pozos petroleros offshore. 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 pueda dañar los componentes.
Símbolo de la válvula de seguridad
Figura 6: Varios símbolos de válvulas de seguridad
Certificaciones de válvulas de seguridad
Las válvulas de seguridad deben cumplir con varios estándares nacionales e internacionales de seguridad y calidad. Para asegurarse de que el producto cumple, por favor consulte los estándares locales.
TÜV
La certificación TÜV evalúa la seguridad de un producto. Verifica que cumple con los requisitos mínimos bajo la Directiva de Equipos a Presión (PED) 2014/68/EU. La PED describe 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 mayor a 0.5 bar.
ASME
La ASME (Sociedad Americana de Ingenieros Mecánicos) asegura la especificación y acreditación de recipientes a presión, calderas y dispositivos de alivio de presión.
ISO 4126
El estándar ISO 4126 es una especificación general para válvulas de alivio de presión, independientemente del medio de la aplicación.
Válvula de seguridad de presión vs válvula de alivio
Las válvulas de seguridad de presión y las válvulas de alivio tienen importantes similitudes y diferencias.
- Similitudes: Ambos tipos de válvulas son dispositivos de seguridad diseñados para abrirse automáticamente a un nivel de presión establecido para prevenir la sobrepresión en un sistema.
- Diferencias: Las válvulas de seguridad de presión están diseñadas para abrirse rápidamente y aliviar la presión rápidamente. Las válvulas de alivio de presión se abren más gradualmente para controlar la disminución de presión del sistema. Las válvulas de alivio de presión son parte de la operación normal.
Aprenda más en nuestro completo artículo de comparación entre válvulas de seguridad y de alivio de presión.
Preguntas frecuentes
¿Qué hace una válvula de seguridad?
Una válvula de seguridad reduce rápidamente la presión de un sistema cuando ésta aumenta a 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 la operación 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, operadas por piloto y de fuelle equilibrado.
¿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 a no más del 10% de sobrepresión.
