Conceptos Clave y Dimensionamiento de Válvulas de Alivio de Presión en la Industria

Conceptos Clave en Sistemas de Alivio de Presión

Definiciones Esenciales

• Presión de ruptura: Presión estática, aguas arriba de un dispositivo de alivio no recerrable, a la cual el dispositivo abre.
• Riesgo: Medida de pérdidas económicas, daño ambiental o lesiones humanas, en términos de la probabilidad de ocurrencia de un accidente (frecuencia) y magnitud de las pérdidas, daño al ambiente o de las lesiones (consecuencias).
• Sistema de alivio de presión: Arreglo de un dispositivo de alivio de presión, tubería y medios de disposición concebidos para la recolección, transporte y disposición segura de alivios. Tal sistema puede estar formado por un simple dispositivo de alivio de presión con o sin tubería de descarga ubicados en un recipiente o línea; sistemas más complejos incluyen varios dispositivos de alivio de presión que descargan a un cabezal común y terminan en un equipo de disposición.
• Sistema abierto de desecho: Sistema de disposición que descarga directamente desde un dispositivo de alivio de presión a la atmósfera.
• Sistema cerrado de desecho: Sistema de disposición capaz de resistir presiones diferentes de la presión atmosférica.
• Sobrepresión: Aumento de presión por encima de la presión de ajuste del dispositivo de alivio de presión y se expresa en unidades de presión o como porcentaje de presión. La sobrepresión coincide con la acumulación cuando el dispositivo de alivio de presión está ajustado a la MAWP (Máxima Presión de Trabajo Permitida) del recipiente.

Tipos de Válvulas de Alivio de Presión

• Válvula de alivio (PR): Válvula de alivio de presión con resorte que funciona por la presión estática aguas arriba de la válvula. Normalmente, se abre en proporción al aumento de presión por encima de la presión de apertura. Se utiliza principalmente con fluidos incompresibles.
• Válvula balanceada de alivio de presión: Válvula de alivio de presión con resorte que incorpora elementos para minimizar el efecto de la contrapresión en las características de funcionamiento.
• Válvula convencional de alivio de presión: Válvula de alivio de presión con resorte, cuyas características de funcionamiento dependen directamente de los cambios de la contrapresión en la válvula.
• Válvula operada por piloto de alivio de presión: Válvula de alivio de presión en la que la válvula principal está combinada con y controlada por una válvula de alivio de presión auxiliar.
• Válvula con resorte de alivio de presión: Dispositivo de alivio de presión diseñado para cerrar automáticamente y prevenir la salida adicional de fluido.
• Válvula de alivio de seguridad: Válvula de alivio de presión con resorte que puede ser utilizada como válvula de seguridad o como válvula de alivio, dependiendo de su aplicación.
• Válvula de seguridad: Válvula de alivio de presión con resorte, que funciona por la presión estática aguas arriba de la válvula, y se caracteriza por abrir rápidamente. Normalmente se utiliza con fluidos comprensibles.
• Válvula de alivio de vacío: Dispositivo de alivio de vacío diseñado para admitir un fluido para prevenir un excesivo vacío interno; estos dispositivos están diseñados para cerrar y prevenir la salida de fluidos después que la condición normal ha sido restablecida.

Dimensionamiento de Válvulas de Alivio de Presión

Dimensionamiento para Servicio de Vapor

El flujo máximo de vapores a través de una restricción, tal como una boquilla u orificio de una válvula de alivio de presión, tiene lugar cuando las condiciones son tales que la velocidad a través del área de la sección transversal es igual a la velocidad del sonido en esos vapores. A esta condición se la refiere como el flujo crítico o flujo restringido. La ecuación simplificada para la velocidad sónica o crítica es:

(Ec. 1)

En el diseño de válvulas de alivio de presión, es deseable seleccionar el lugar de la descarga de la válvula de alivio a una presión lo suficientemente baja para permitir diseñar para condiciones de flujo crítico, de modo que el flujo de alivio sea independiente de pequeñas fluctuaciones de la contrapresión.

Cálculo del Área del Orificio para Flujo Crítico

Cuando la presión superimpuesta total más la contrapresión acumulada, es igual o menor que la presión de flujo crítico, se puede utilizar la siguiente ecuación para el cálculo del área del orificio:

Ec. 2, Ec. 3

Cálculo del Área del Orificio para Flujo Subcrítico

Para los casos excepcionales de flujo subcrítico (por ejemplo, cuando se diseña una válvula de alivio de presión para una baja presión de ajuste y la presión superimpuesta más contrapresión acumulada total excede la presión del flujo crítico), pueden usarse las siguientes ecuaciones:

Ec. 4, Ec. 5

El área para el orificio de una válvula de alivio de vapor de agua para flujo crítico se puede calcular de la siguiente manera:

Ec. 6

Dimensionamiento para Líquido de no Evaporación Instantánea

Para válvulas de alivio que operen con servicio de líquido no existe una presión de flujo crítico que limite el flujo de líquido a través del orificio de una válvula de alivio de presión, a diferencia del caso de flujo de vapores. El flujo de descarga es una función de la caída de presión a través de la válvula, tal como lo indica a continuación:

Ec. 7