Válvulas de alivio de presión - Cómo funcionan
Figura 1: Válvula de alivio
Las válvulas limitadoras de presión son esenciales para mantener los sistemas hidráulicos y neumáticos por debajo de la presión establecida. Dependiendo de la instalación, pueden:
- Reducir la presión descendente a un nivel constante siempre que supere un umbral
- Mantener presiones sostenidas aguas abajo o aguas arriba de la válvula
- Reducir los picos o impulsos de presión para proteger los equipos aguas abajo
Este artículo es una visión general de las válvulas limitadoras de presión que explica su diseño, principio de funcionamiento, aplicaciones y cómo instalarlas en un sistema.
Índice de contenidos
- Diseño y funcionamiento de las válvulas limitadoras de presión
- Aplicaciones de válvulas limitadoras de presión
- Diferencias entre válvulas limitadoras de presión y válvulas de seguridad
- Criterios de selección
- Instalación de la válvula limitadora de presión
- Preguntas frecuentes
Vea nuestra selección en línea de válvulas de seguridad y alivio
Diseño y funcionamiento de las válvulas limitadoras de presión
El diseño y funcionamiento de las válvulas de alivio de presión varía entre los distintos tipos de válvulas de alivio. Esta sección cubre el diseño y funcionamiento de las siguientes válvulas de alivio:
- Válvula limitadora de presión de acción directa
- Válvula limitadora de presión pilotada equilibrada
- Válvula limitadora de presión accionada a distancia
- Válvula de alivio de presión eléctrica
Válvula limitadora de presión de acción directa
Como se ve en la figura 2 (izquierda), una válvula de presión de acción directa tiene una entrada, una salida y un mecanismo de control de caudal (es decir, obturador, bola o diafragma) soportado por un muelle ajustable. Las válvulas limitadoras de presión tienen dos diseños para ajustar el muelle: externo e interno. Un diseño externo permite ajustar el muelle con un pomo o maneta que se atornilla al exterior de la válvula. Un diseño interno tiene una tuerca o tornillo dentro de la carcasa de la válvula que gira en cualquier dirección para aflojar o endurecer el muelle. El diseño interno requiere el desmontaje parcial de la válvula para ajustar la rigidez del muelle.
Una válvula limitadora de presión de acción directa limita el aumento de presión en un sistema por encima de un límite establecido. El muelle (figura 2 etiquetada A) de la válvula, regulable o no, determina el límite. Si la presión del medio del sistema no es lo suficientemente alta, no abrirá el mecanismo de apertura de la válvula (Figura 2 etiquetada B), que suele ser un disco o un obturador.
El mecanismo de apertura comienza a abrirse cuando la presión del medio alcanza la presión de rotura de la válvula. La válvula de alivio descarga algunos medios al aire, en el caso de los compresores de aire, o a un depósito, en el caso de los sistemas hidráulicos. Esto ralentiza la rapidez con la que se acumula presión en el sistema.
Por último, cuando la presión del sistema alcanza el límite de presión establecido en la válvula de alivio, ésta se abre por completo y todo el medio se descarga a través de la válvula. Esto detiene el funcionamiento de cualquier componente aguas abajo hasta que la presión se reduce lo suficiente como para que la válvula comience a cerrarse. La diferencia entre la presión de rotura de la válvula y el ajuste real de la válvula de alivio suele ser de al menos 13,8 bares (200 psi).
Figura 2: Esquema de la válvula limitadora de presión (izquierda). Esquema ampliado del mecanismo de la válvula (derecha): muelle (A), disco u obturador (B).
Válvula limitadora de presión pilotada equilibrada
Una válvula de alivio pilotada equilibrada tiene una entrada, una salida y dos obturadores: el obturador principal y un obturador piloto atornillado. Ambas palometas se apoyan en muelles. Un muelle blando, no ajustable, soporta el obturador principal, y un muelle mucho más rígido, ajustable, soporta el obturador piloto. Un orificio piloto permite que el medio fluya desde la entrada hasta encima del obturador principal y hasta el obturador piloto. Además, el medio fluye desde la entrada hasta debajo del obturador principal. Cuando el obturador principal se eleva, el medio de abajo fluye hacia la salida.
Debido a que los medios se encuentran por encima y por debajo del obturador principal, y a que la parte superior e inferior del obturador tienen aproximadamente la misma superficie, la presión a cada lado del obturador es igual. Así es como el muelle blando puede mantener el obturador cerrado contra altas presiones del sistema.
El obturador piloto es un obturador de acción directa que determina el ajuste de presión de la válvula de alivio. Cuando la presión del sistema aumenta lo suficiente como para romper el obturador piloto, el medio que se encuentra por encima del obturador principal puede fluir más allá del obturador piloto hacia la salida. Esto provoca una caída de presión por encima del obturador principal, lo que permite que se abra para que el medio situado debajo pueda fluir hacia la salida de la válvula.
La ventaja de una válvula limitadora de presión pilotada equilibrada es que el exceso de presión (la diferencia entre los límites de presión de disparo y de ajuste de la válvula) es mucho menor que con una válvula limitadora de presión de acción directa. Una menor sobrepresión evita la acumulación innecesaria de calor y reduce el consumo de energía en un sistema hidráulico.
Válvula limitadora de presión accionada a distancia
Una válvula limitadora de presión accionada a distancia es lo mismo que una válvula limitadora de presión accionada por piloto de equilibrio, salvo por una diferencia. Esta válvula de alivio tiene un respiradero que se conecta a una válvula de alivio de acción directa a través de una manguera larga y estrecha. La válvula de alivio de acción directa suele estar a una distancia considerable, convenientemente situada en la consola del operario.
En un sistema, los medios recorren siempre el camino de menor resistencia. Por lo tanto, cuando un operador ajusta la presión de la válvula de alivio remota por debajo del ajuste de presión del obturador piloto atornillado, la válvula remota toma el control del ajuste de la presión máxima del sistema. El control vuelve al obturador piloto cuando el operador ajusta la presión de la válvula de alivio remota por encima de la del obturador piloto.
Válvula de alivio de presión eléctrica
Un sistema de válvula de alivio de presión eléctrica utiliza una válvula de alivio accionada a distancia que se conecta a varias válvulas de alivio de acción directa. Cada válvula de alivio de acción directa se conecta a una válvula solenoide que controla si el medio puede fluir o no a la válvula de alivio.
Las válvulas de alivio de acción directa tienen ajustes de presión inferiores a los de la válvula de alivio de presión principal. Por ejemplo, tres válvulas de alivio de acción directa pueden tener ajustes de presión de 1000, 2000 y 3000 psi (70, 138 y 207 bar) respectivamente. La válvula principal de alivio de presión puede tener un ajuste de presión de 4000 psi. Cuando un solenoide se enciende y se abre, el medio seguirá el camino de menor resistencia y fluirá hacia la válvula de alivio con el ajuste más bajo. Esta configuración permite que un sistema pase rápidamente por varios ajustes de presión, por ejemplo, una máquina de prensado en una planta de fabricación.
Aplicaciones de válvulas limitadoras de presión
Evitar la cavitación
La cavitación se produce cuando la presión de un líquido cae rápidamente por debajo de la presión de vapor. Si una bomba centrífuga bombea contra un sistema cerrado, la sobrepresión debe descargarse dentro de la carcasa de la bomba. Esto provoca zonas de baja presión, causando potencialmente cavitación.
Al abrirse proporcionalmente con los aumentos de presión, las válvulas de alivio evitan la carcasa. Esto descarga lentamente el exceso de presión. Y al evitar la cavitación, aumenta la vida útil de la bomba. Obtenga más información leyendo nuestras guías sobre cavitación y parpadeo y cavitación en bombas, válvulas y tuberías.
Circuitos de refrigeración/calefacción
Los caudales pueden variar significativamente con cargas intermitentes o durante el arranque o la parada. Las reacciones de las calderas o reactores conectados pueden hacer que la presión aumente o disminuya de forma desproporcionada con respecto a la entrada que generan los equipos controlados por el usuario (por ejemplo, bombas e intercambiadores de calor). Las válvulas limitadoras de presión ayudan a evitar cambios inesperados de presión en los circuitos de calefacción.
Sistemas con equipos sensibles
Del mismo modo, en los sistemas neumáticos con múltiples componentes, una presión excesiva puede dañar los equipos. Una válvula limitadora de presión puede evitar averías prematuras del equipo y puede formar parte de un plan de mantenimiento preventivo.
Aprenda cómo una válvula de alivio es adecuada para aplicaciones de piscina junto con un manómetro de filtro de piscina.
Diferencias entre válvulas limitadoras de presión y válvulas de seguridad
Las válvulas de alivio de presión tienen un funcionamiento continuo y proporcional (Figura 3 etiquetada 1), mientras que las válvulas de seguridad no lo tienen (Figura 3 etiquetada 2). Las válvulas limitadoras de presión son una parte operativa de los sistemas de fluidos y no sólo un elemento de seguridad. Durante el funcionamiento normal, es normal que haya una válvula de alivio de presión/desbordamiento continuamente abierta para ayudar al sistema a reequilibrarse a las condiciones normales de trabajo.
Las válvulas de seguridad, por su parte, deben eliminar toda la energía que pueda entrar en un sistema para evitar su fallo. Tras la elevación inicial del disco, la zona sobre la que actúa la presión se amplía y la fuerza sobre el muelle aumenta considerablemente. La fuerza significativa provoca el chasquido característico de la válvula de seguridad.
En lugar de descargar en una zona de baja presión del circuito, las válvulas de seguridad descargan en la atmósfera y siguen haciéndolo incluso poco después de que la presión del sistema vuelva a la presión umbral. Dado que las válvulas de seguridad protegen los recipientes a presión, no dejan de descargar hasta alcanzar una situación segura.
La diferencia de funcionamiento entre una válvula de alivio y una válvula de seguridad se observa en sus respectivas características de presión. Estas válvulas alternan entre completamente abiertas (Figura 3 etiquetada A) y completamente cerradas (Figura 3 etiquetada B).
- Reventón: La purga de una válvula de alivio (Figura 3 etiquetada F) es mucho más estrecha que la de una válvula de seguridad (Figura 3 etiquetada G). Esto significa que hay una diferencia mucho menor entre la presión de ajuste y la presión de cierre, lo que significa que se cierra más rápido.
- Restablecimiento de la presión: La presión de restablecimiento (Figura 3 etiquetada C), también conocida como presión de cierre, es la presión a la que se cierra la válvula. Las válvulas de alivio se cierran proporcionalmente, cerca de la presión de ajuste (Figura 3 etiquetada D), mientras que las válvulas de seguridad se cierran más lejos de la presión de ajuste.
- Presión máxima de descarga: Las válvulas de alivio comienzan a cerrarse cerca de la presión máxima de alivio (Figura 3 etiquetada E), mientras que las válvulas de seguridad se cierran mucho más lejos de la presión máxima de alivio.
- A fuego lento: Las válvulas de seguridad tienen un amplio valor de cocción a fuego lento (figura 3 etiquetada H), que es la acumulación hasta que la válvula salta y se abre.
Figura 3: Caudal de descarga de las válvulas de alivio (1) y de seguridad (2). Estas válvulas alternan entre completamente abiertas (A) y completamente cerradas (B). Otras características importantes son la presión de restablecimiento (C), la presión de ajuste (D), la presión máxima de alivio (E), la purga (F y G) y el valor de cocción a fuego lento (H).
Criterios de selección
Al seleccionar una válvula limitadora de presión, tenga en cuenta los siguientes criterios. Lea nuestra guía de selección de válvulas de seguridad para obtener más información.
- Presión de funcionamiento mínima/máxima: Asegúrese de que la válvula de alivio es compatible con los límites de presión del sistema.
- Materiales del cuerpo y de la junta: Asegúrese de que los componentes de la válvula de alivio son compatibles con el medio.
- Flujo de descarga: Asegúrese de que la válvula de alivio es del tamaño adecuado para descargar suficientemente durante un escenario extremo.
- Ajustable/no ajustable: Una válvula de alivio ajustable es ventajosa si la presión de ajuste deseada es desconocida o puede cambiar durante la vida útil de la válvula.
Instalación de la válvula limitadora de presión
Las válvulas limitadoras de presión funcionan mejor aguas abajo de las zonas de alta presión de un sistema. Una aplicación común es la instalación de una válvula de alivio cerca de la descarga de una bomba. Lea nuestra guía sobre la instalación de válvulas de alivio y seguridad para obtener más información.
Preguntas frecuentes
¿Una válvula de alivio de presión reduce el flujo?
Sí, pero esto sólo ocurre cuando la presión supera la presión ajustada. Durante el funcionamiento normal, las presiones no deben superar el nivel establecido y la válvula de alivio permanece cerrada.
¿Qué hay que tener en cuenta a la hora de elegir una válvula de alivio de presión?
Caudal máximo, presión máxima y naturaleza del medio. Los medios corrosivos pueden requerir juntas, diafragma o cuerpo diferentes. Asegúrese de que la válvula cuenta con las homologaciones necesarias para su aplicación.
¿Pueden las válvulas limitadoras de presión evitar el golpe de ariete?
Sí, algunos modelos pueden hacerlo. Para evitar totalmente los golpes de ariete, utilice un modelo específico que pueda acomodar tanto el elevado caudal como los diferenciales de presión habituales en un escenario de golpes de ariete.
¿Hay desventajas en el uso de válvulas de alivio de presión/rebosamiento en una derivación?
La mayor desventaja es la pérdida de energía. Todo lo que se bombea a través de la válvula, por definición, no se utiliza aguas abajo. Para ráfagas cortas, esto no suele ser un problema.