Tipos de válvulas limitadoras de presión - Una visión completa

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31/07/2023
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Las válvulas limitadoras de presión pueden parecer tan técnicas como una página de un manual de ingeniería, pero en realidad son bastante sencillas... e increíblemente importantes. Agárrese fuerte mientras nos sumergimos en el mundo del alivio de presión. ¿Preparado? Fantástico.

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¿Qué son las válvulas limitadoras de presión y cómo funcionan?

Una válvula limitadora de presión, comúnmente denominada PRV, es un dispositivo de seguridad. Es como un perro guardián de la presión, siempre alerta por si la presión se dispara. Es una parte crucial de muchos sistemas en los que la presión puede acumularse debido a un percance operativo, como en calderas, recipientes a presión y sistemas de tuberías.

Una vez alcanzada la presión establecida... ¡zas! Como su fiel compañero, ¿verdad?

Cuando la presión vuelve a bajar a un nivel seguro, la válvula se cierra, impidiendo que siga fluyendo el líquido. Esto se debe a la fuerza del muelle que mantiene la válvula principal en su sitio en condiciones normales. La presión de cierre y de apertura de una PRV suelen ser las mismas, pero a veces puede haber una ligera diferencia. La presión de cierre puede ser un poco menor debido a algo llamado "histéresis"... pero ese es un tema para otro día.

Ahora viene lo bueno: el objetivo principal de una válvula limitadora de presión es autoaccionarse. Así es, no necesita fuerza externa. Todo depende de la presión y de la configuración de la válvula. Inteligente, ¿eh?

Diferentes tipos de válvulas limitadoras de presión

Antes de seguir adelante, aclaremos algo. Es posible que oiga utilizar indistintamente los términos "válvula limitadora de presión" y "válvula de seguridad". Ahora bien, aunque son bastante similares, hay una diferencia clave entre ellas.

Una válvula limitadora de presión, o PRV, está diseñada para abrirse gradualmente, permitiendo que el fluido salga poco a poco a medida que aumenta la presión del sistema. En cambio, una válvula de seguridad (o válvula de seguridad, para ser más precisos) se abre en un instante cuando la presión supera el límite establecido. Es como abrir una lata de refresco... pero mucho más controlado y menos sucio.

Por lo tanto, cuando hablamos de tipos de válvulas limitadoras de presión, estamos incluyendo tanto las PRV como las válvulas limitadoras de seguridad. Pero bueno, basta de cháchara. Conozcamos los distintos tipos de válvulas limitadoras de presión.

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Válvulas de alivio de presión accionadas por muelle

La primera de nuestras válvulas de alivio de presión es la de muelle. No se deje engañar por el nombre: estas válvulas no están cargadas con muelles. Bueno, no de la manera que usted está pensando.

El término "accionada por muelle" se refiere aquí al diseño de la válvula. Utiliza la fuerza de un resorte para mantener la válvula cerrada en condiciones normales. Una vez que la presión del sistema supera la fuerza ejercida por el muelle (la presión de ajuste), la válvula se abre, dejando escapar el exceso de fluido del proceso. Luego, una vez que la presión vuelve a un nivel seguro, la válvula se cierra de nuevo. Genial, ¿eh?

Estas válvulas son los tipos más comunes de válvulas limitadoras de presión y se utilizan en una amplia gama de aplicaciones, desde calderas y recipientes a presión hasta sistemas de tuberías, entre otros. Son fiables, sencillas y, lo mejor de todo, no necesitan una fuente de alimentación externa. Así es, se accionan solos.

Válvulas de alivio pilot

A continuación se encuentran las válvulas de alivio de presión accionadas por piloto. Éstas son un poco más complejas que las de muelle, pero también son más versátiles. Permítanme explicar.

En una válvula pilotada, la válvula principal está controlada por una válvula secundaria (el "piloto"). La válvula piloto detecta la presión del sistema y se abre o cierra en consecuencia. Esto, a su vez, controla el funcionamiento de la válvula principal. Genial, ¿eh?

Pero, ¿por qué utilizar una válvula piloto? Pues bien, el diseño de la válvula pilotada permite un control más preciso de la presión ajustada. Esto significa que la válvula puede utilizarse en sistemas con presiones muy altas o en los que una pequeña fuga podría ser desastrosa. Piense en las centrales nucleares y captará la idea.

Válvula de descarga de presión activada por temperatura

Como su nombre indica delata, estas válvulas están relacionadas con la temperatura. Están diseñadas para abrirse cuando la temperatura del fluido de proceso supera un determinado límite. Esto las hace perfectas para sistemas en los que la acumulación de calor puede ser un problema.

Las válvulas limitadoras de presión activadas por temperatura suelen ser de accionamiento automático y no necesitan una fuente de alimentación externa. Suelen utilizarse en sistemas de calefacción y depósitos de agua caliente, es decir, en cualquier lugar donde un aumento repentino de la temperatura pueda disparar la presión.

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Válvulas de alivio de presión de fuelle compensado

Imagine una válvula de alivio de presión accionada por resorte. Ahora, imagine esa válvula con un componente añadido: un fuelle. Eso es una válvula de alivio de presión de fuelle equilibrado en pocas palabras.

El fuelle es un componente flexible en forma de acordeón que se mueve con el disco de la válvula. Este diseño ayuda a equilibrar el efecto de contrapresión en la válvula de rendimiento, lo que hace que estas válvulas sean ideales para sistemas en los que la contrapresión puede variar.

Válvulas de alivio de presión tipo boquilla

Por último, pero no menos importante, tenemos las válvulas de alivio de presión de tipo boquilla. Éstas son un poco diferentes. En lugar de un disco y un asiento, estas válvulas utilizan una boquilla y un orificio para controlar el flujo del fluido de proceso.

Las válvulas de tipo boquilla se utilizan a menudo en sistemas en los que el fluido está sucio o contiene partículas. El diseño de la válvula impide que se obstruya, lo que garantiza un rendimiento fiable incluso en condiciones difíciles.

Ventajas y desventajas de los distintos tipos de válvulas

Las válvulas limitadoras de presión tienen distintos diseños, cada uno con sus propias ventajas e inconvenientes. El tipo de válvula óptimo depende de las características específicas de la aplicación y de las condiciones del sistema. Entre los factores clave que deben tenerse en cuenta al seleccionar una válvula de alivio de presión se incluyen la presión de ajuste requerida, las propiedades del fluido, la contrapresión admisible, el coste, los requisitos de mantenimiento y las condiciones de funcionamiento. En la tabla siguiente se comparan los tipos más comunes de válvulas limitadoras de presión y se resumen las principales ventajas e inconvenientes de cada diseño:

Tipo de válvulaVentajasDesventajas
Válvulas de alivio accionadas por muelle* Diseño sencillo y fiable 
* Adecuado para una amplia gama de aplicaciones 
* Autoaccionado: no necesita alimentación externa
* Sensible a la contrapresión 
* Puede no soportar presiones muy altas
Válvulas de alivio pilotadas* Permiten un control preciso de la presión de ajuste 
* Puede soportar presiones muy altas 
* Menos propenso al castañeteo
* Diseño más complejo 
* Mayores requisitos de mantenimiento 
* Mayor coste
Válvulas de alivio activadas por temperatura* Activado por aumento de temperatura 
* No requieren alimentación externa 
* Adecuado para sistemas propensos a la acumulación de calor
* Puede no responder rápidamente a picos de presión repentinos.
Válvulas de alivio de fuelle compensado* Puede adaptarse a contrapresiones fluctuantes 
* El fuelle equilibra los efectos de la contrapresión
* Posibilidad de desgaste o daños en los fuelles. 
* Coste más elevado que las válvulas básicas de muelle
Válvulas de alivio tipo boquilla* Resistente a la obstrucción por fluidos sucios 
* Fiable en aplicaciones con partículas
* Más caro que otros diseños 
* Mayor complejidad y mantenimiento
Válvulas de alivio de pistón* Manejar presiones muy altas 
* Presiones de ajuste extremadamente precisas
* Diseño complejo 
* Propensos al desgaste y la erosión 
* Requieren un mantenimiento regular
Válvulas de alivio de diafragma* Excelente para el servicio de líquidos 
* Diseño equilibrado 
* Apertura rápida
* Posibilidad de daños en el diafragma 
* Coste generalmente más elevado

Válvulas de seguridad para gas, aire y líquidos

Las válvulas de seguridad son como las navajas suizas del mundo de las válvulas. Están diseñadas para manejar todo tipo de fluidos, desde gases y aire hasta líquidos. Pero no sólo son versátiles: también son muy precisas y están diseñadas para abrirse en un instante cuando la presión supera el límite establecido.

El gas y el aire son compresibles, lo que significa que su volumen puede cambiar bajo presión. En cambio, los líquidos son incompresibles, es decir, su volumen no varía por mucha presión que se aplique.

Las válvulas de seguridad para gases y aire suelen ajustarse para que se abran a una presión ligeramente superior a la presión máxima del sistema. Así se evita que la válvula vibre (apertura y cierre rápidos) debido a pequeñas fluctuaciones de presión.

Por otro lado, las válvulas de seguridad para líquidos requieren un enfoque ligeramente diferente. Suelen ajustarse para que se abran a una presión justo por debajo de la presión máxima admisible del sistema. Esto se debe a que un aumento repentino de la presión en un líquido puede provocar un golpe de ariete, una onda de choque que puede dañar los equipos.

Estación de regulación con válvulas limitadoras de presión. Estación de regulación con válvulas de alivio de presión. Presión "Válvulas de alivio" fotos de stock, fotos e imágenes libres de derechos.

Seleccionar el ajuste de presión adecuado

Ahora que ya conocemos los distintos tipos de válvulas limitadoras de presión, vamos a hablar de cómo elegir el ajuste de presión adecuado. Es algo parecido a elegir la temperatura adecuada para el horno: si es demasiado alta, el pastel puede acabar chamuscado; si es demasiado baja, puede que no se cocine.

La "presión de tarado" de una válvula limitadora de presión es la presión a la que la válvula empieza a abrirse. Suele ajustarse a un valor ligeramente superior a la presión de trabajo máxima admisible (PTMA) del equipo que protege.

Recuerde que la idea es evitar que la presión supere el límite de diseño del equipo, no mantener una presión determinada. Así pues, la presión establecida debe ser lo suficientemente alta para evitar aperturas innecesarias, pero lo suficientemente baja para proteger el equipo de la sobrepresión.

Typical Pressure Relief Valve Materials & Key Components

Pero, ¿de qué están hechas exactamente?

Estos materiales se eligen por su solidez, durabilidad y resistencia a la corrosión. Después de todo, no querrá que su válvula se oxide o se averíe cuando más la necesite.

En cuanto a los componentes clave de una válvula limitadora de presión, tenemos la válvula principal (o disco), el asiento, el muelle, el bonete y, en algunas válvulas, el fuelle. Por ejemplo, la válvula principal controla el flujo del fluido de proceso, mientras que el muelle proporciona la fuerza necesaria para mantener la válvula cerrada en condiciones normales.

Installation Considerations for Pressure Relief Valves

No se puede colocar una válvula de alivio de presión en cualquier sitio y esperar que cumpla su función. No, hay que tener en cuenta algunos aspectos clave.

En primer lugar, la válvula debe instalarse en el punto más alto del sistema o en el recipiente presurizado. Esto se debe a que las válvulas limitadoras de presión funcionan en función de la presión estática del fluido, que es máxima en el punto más bajo del sistema.

En segundo lugar, el lado de entrada de la válvula debe estar conectado al sistema, y el lado de salida debe estar abierto a la atmósfera o conectado a una tubería de descarga. También tienes que asegurarte de que la tubería no restrinja el flujo de fluido de la válvula.

Por último, las válvulas limitadoras de presión deben instalarse verticalmente con el bonete en la parte superior. Esto es para permitir que el fluido de proceso drene de la válvula y evitar la acumulación.

Estación de regulación con válvulas limitadoras de presión. Estación de regulación con válvulas de alivio de presión. Presión "Válvulas de alivio" fotos de stock, fotos e imágenes libres de derechos.

Requisitos de inspección y mantenimiento

Como cualquier pieza de equipo, las válvulas limitadoras de presión necesitan un poco de cuidado para mantenerse en perfecto estado. Las inspecciones y el mantenimiento periódicos pueden ayudar a evitar averías y prolongar la vida útil de la válvula.

Las inspecciones suelen consistir en comprobar si la válvula presenta daños o desgaste, así como la presión de ajuste y la presión de descarga. El mantenimiento, por su parte, puede incluir la limpieza de la válvula, la sustitución de los componentes desgastados y la recalibración de la presión de ajuste.

No olvides que las válvulas de seguridad están ahí para protegerte. Así que vale la pena dedicarles tiempo.

Normas y certificaciones de válvulas de alivio de presión

Cuando se trata de válvulas limitadoras de presión, no se puede improvisar. No, existen normas y certificaciones estrictas para garantizar que estos dispositivos cumplen su función de forma eficaz y segura.

Uno de los principales organismos que supervisa estas normas es la Sociedad Americana de Ingenieros Mecánicos (ASME). Tienen una sección específica en su Código de Calderas y Recipientes a Presión (BPVC) dedicada a los dispositivos de alivio de presión. La sección, conocida como ASME Sección VIII, describe los requisitos para el diseño, los materiales y las pruebas de las válvulas de alivio de presión.

Otras normas destacadas son API 520 y API 526 del Instituto Americano del Petróleo, e ISO 4126 de la Organización Internacional de Normalización.

Aplicaciones industriales de las válvulas limitadoras de presión

AplicaciónDescripción
Compresores de pistónLas válvulas de seguridad de pistón instaladas en las culatas evitan daños por sobrepresurización. El pistón se eleva contra un muelle calibrado cuando la presión del proceso supera la presión ajustada, permitiendo la salida del exceso de gas.
Válvulas de seguridad de diafragmaLas válvulas de diafragma proporcionan una acción de apertura fiable y precisa. El diafragma se abre cuando la presión de entrada supera la fuerza del muelle. El diámetro del orificio de salida está dimensionado para el caudal requerido a elevación máxima.
Válvulas de seguridad convencionalesContienen boquilla de entrada, orificio de salida, alojamiento del muelle y válvula principal. Las versiones pilotadas añaden un piloto externo para controlar la apertura de la válvula principal y aumentar la precisión de la presión de ajuste.
Petróleo y gas, química, generación de energía, industria manufactureraProtegen los equipos de fallos catastróficos debidos a una presión interna excesiva. Deben cumplir rigurosas normas industriales, especialmente a altas temperaturas.
ASME BPVC Sección VIIIProporciona los requisitos para el diseño de válvulas de seguridad, materiales y pruebas para calderas, recipientes a presión y tuberías en los Estados Unidos. Válvulas estampadas con presión de ajuste basada en MAWP.
Servicio de líquidosAjuste la presión justo por debajo del valor nominal de la línea de flotación para evitar vibraciones.
Generadores de vapor de flujo forzadoLa presión ajustada supera la presión fija de la cúpula de vapor.
Cámaras de presión de cúpulaLas válvulas pilotadas permiten presiones de ajuste más ajustadas para diámetros interiores grandes.
Válvulas de seguridad de fuelleManejan bien las contrapresiones variables. Protegen del exceso de presión y del vacío interno excesivo.
Inspección, pruebas y mantenimientoCríticas en todas las industrias para evitar fallos y garantizar el correcto funcionamiento cuando sea necesario. Proteger los activos y el personal.

Conclusión

Ahí lo tiene: un resumen completo de los tipos de válvulas limitadoras de presión. Estos pequeños dispositivos pueden parecer complicados, pero en realidad están hechos para garantizar la seguridad. Son como los superhéroes silenciosos del mundo industrial, siempre en guardia y listos para intervenir si la presión se descontrola.

Así que la próxima vez que esté cerca de una caldera o una tubería, tómese un momento para apreciar la humilde válvula limitadora de presión. Puede que no parezca gran cosa, pero realiza una labor increíblemente importante.

Y con esto, nuestro viaje al mundo de las válvulas limitadoras de presión llega a su fin. Pero recuerde que esto es sólo la punta del iceberg. Hay todo un mundo de válvulas ahí fuera, cada una con sus propios diseños y funciones. Siga explorando y nunca sabrá lo que puede descubrir.

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