Dimensionamiento de Válvulas de Alivio de Presión: Métodos y Aplicaciones Industriales

Número de Válvulas Requeridas

Normalmente, se especifica una válvula de alivio de presión estándar disponible de los fabricantes con un área de orificio igual o mayor que el requerimiento calculado. En algunos casos, por ejemplo, de grandes velocidades de alivio o para evitar el golpeteo, son necesarias dos o más válvulas. Asimismo, si hay una diferencia apreciable entre el tamaño del orificio calculado y el tamaño disponible, es deseable usar válvulas de alivio de presión múltiples para igualar más exactamente el área disponible al área de orificio requerida. La determinación de las presiones de ajuste y las acumulaciones permisibles para estas instalaciones de válvulas múltiples se describe en el documento PDVSA–MDP–08–SA–03.

Dimensionamiento para Fases Mixtas de Vapores y Líquidos

El dimensionamiento de una válvula de alivio de presión para el caso de una mezcla de vapores y líquidos a las condiciones de entrada, puede calcularse usando el método de sumar las áreas de orificio requeridas para cada fase individualmente, de la misma manera que fue anteriormente descrito para servicio de líquido con vaporización instantánea.

Dimensionamiento para Líquido de Evaporación Instantánea

Las válvulas de alivio de presión que manejan fluidos que son líquidos a las condiciones de entrada pero que se vaporizan total o parcialmente a las condiciones de descarga, deben dimensionarse como sigue:

1. Por un procedimiento de tanteo, determinar la cantidad de líquido que se vaporiza por una expansión isentálpica (entalpía constante) a la presión del flujo crítico (o a la presión real, si esta es mayor que la crítica) para los vapores generados.
2. Calcular individualmente el área del orificio requerida para dejar pasar el componente de vapor generado usando la ecuación apropiada de las descritas anteriormente de acuerdo con el servicio, tipo de válvula y si la contrapresión es mayor o menor que la presión de flujo crítico.
3. Calcular individualmente el área del orificio requerida para dejar pasar el componente líquido no vaporizado. El término que representa la caída de presión, P_d, debe igualarse a la presión de ajuste menos la contrapresión total desarrollada por la porción de vapores a la presión de flujo crítico, excepto cuando la presión de flujo crítico es menor que la contrapresión total calculada (superimpuesta más acumulada), considerando el flujo combinado de líquido y vapores. En el último caso, P_d debe igualarse a la presión de ajuste menos la contrapresión total calculada.
4. Sumar las áreas calculadas para los componentes de vapores y de líquido para obtener el área total de orificio requerida. Esto puede ser algo conservador, ya que la evaporación instantánea no tiene lugar instantáneamente a través de un orificio de válvula de alivio de presión.

Dimensionamiento para Servicio de Vapores de Hidrocarburos, Hidrógeno y Vapor de Agua

El dimensionamiento de una válvula de alivio de presión para mezclas de vapores de hidrocarburos, hidrógeno y vapor de agua a condiciones de flujo críticas puede (en la mayoría de los casos) basarse en el peso molecular promedio.

El coeficiente de descarga nominal (K_d) debería ser obtenido del fabricante. Para un estimado preliminar, se puede utilizar un valor de 0,65 cuando una válvula de alivio está instalada con o sin disco de ruptura. Preliminarmente, se puede utilizar un valor de 0,975 para el tipo común de válvula de alivio.

Importante: Si la presión crítica es mayor que la contrapresión, se deben utilizar las ecuaciones para flujo crítico.