Válvulas de Seguridad

2014 1º Grado de Ingeniería Náutica Asignatura: Sistemas Auxiliares del Busque 23/03/2014 Válvulas de Seguridad pág. 2 INTRODUCCIÓN Según el diccionario de la Real Academia, una válvula es un “Mecanismo que regula el flujo de la comunicación entre dos partes de una máquina o sistema”. Sin embargo las tres acepciones siguientes se refieren a mecanismo que dejan pasar un fluido en un sentido y lo impiden en el contrario (incluido el llamado fluido eléctrico). En la industria, a menudo se refiere la palabra a estos últimas acepciones, pero en el lenguaje, ha tomado en muchas ocasiones el sentido de la primera acepción. De este modo, podría definirse una válvula como un dispositivo mecánico con el cual se puede iniciar, detener o regular la circulación (paso) de líquidos o gases mediante una pieza movible que abre, cierra u obstruye en forma parcial uno o más orificios o conductos. La válvula es uno de los instrumentos de control más esenciales en la industria. Debido a su diseño y materiales, las válvulas pueden abrir y cerrar, conectar y desconectar, regular, modular o aislar una enorme serie de líquidos y gases, desde los más simples hasta los más corrosivos o tóxicos. Sus tamaños van desde unos milímetros hasta los 90 m o más de diámetro (aunque en tamaños grandes suelen llamarse compuertas). Pueden trabajar con presiones que van desde el vacío hasta más de 140 MPa (megapascales) y temperaturas desde las criogénicas hasta 1100 K (kelvin). En algunas instalaciones se requiere un sellado absoluto; en otras, las fugas o escurrimientos no tienen importancia En este informe trataremos en especial un tipo de válvula, las de seguridad, cuya importancia es tal, que a día de hoy no existe ninguna industria, buque o cualquier actividad que implique riesgo que no las posea. pág. 3 ÍNDICE 1.DEFINICIÓN Y CARACTERÍSTICAS………………………………..4 2.TIPOS DE VÁLVULAS……………………………………………………5 2.1.FUNCIONAMIENTO GENERAL……………………………………………..5-6 2.2. .VÁLVULAS DE SEGURIDAD………………………………………………….6 2.2.1.Modelo 2400 (Provindus)…………………………………………………………….6-7 2.2.2.Modelo SV73 (Spirax Sarco)…………………………………………………………7-9 2.2.3.Modelo 64GC/CF (Nacional)………………………………………………………10-12 2.3. VÁLVULAS DE DESAHOGO……………………………….………………..13 2.3.1. Modelo 1700 (Provindus)…………………………………………………………13-14 2.3.2. Modelo 1800 (Provindus)…………………………………………………………14-15 2.3.4.Modelo SV615 (Spirax Sarco)……………………………………………………..15-16 2.4. VÁLVULAS MIXTAS………………………………………………… . . . . . . . . . .17 2.4.1. Modelo 3-50 (Nacional)…………………………………………………………17-18 3.BIBLIOGRAFÍA……………………………………………………………19 pág. 4 VÁLVULAS DE SEGURIDAD 1.DEFINICIÓN Y CARACTERÍSTICAS Regulan la circulación del fluido. La única forma de bajar la presión es desalojando fluido, por esa razón son válvulas de desalojo. Son automáticas, y deben estar cerradas habitualmente. En instalaciones de más de 10 años nunca se ha saltado, por lo que su grado de seguridad es bastante alto. Son válvulas sencillas: tienen cuerpo a 90º, entre la entrada y la salida. Son válvulas muy parecidas a las de globo de asiento a 90º (Y, Aguja, 90º). Tienen un disco manejado por un vástago. Tiene tapa: abierta o cerrada, y como algo antagónico, tienen en la parte superior un muelle, el cual genera una fuerza de resistencia frente a la fuerza del fluido. Tienen disparo manual: si no dispara a la presión que debe hacerlo, tienen un sistema de doble bloqueo que libera la presión (sólo en aquellos casos en que es necesario el disparo manual por fallo de la válvula). Hay que tener en cuenta los siguientes factores: o Presión Nominal (la presión de funcionamiento, de trabajo) o Presión de timbre (Presión a la que actúa la válvula. Tensión máxima. Rotura de tubería). Es un valor que me da el fabricante. Por debajo, me da la presión nominal. o Presión de diseño (la presión máxima que soporta el sistema). Estas válvulas suelen trabajar en rango: se pueden calibrar mediante timbrado de la válvula (la presión a la que puedo timbrar). El timbrado consiste en situar la presión de timbrado entre la Nominal y la de diseño. pág. 5 2.TIPOS DE VÁLVULAS 2.1.FUNCIONAMIENTO GENERAL La válvula de seguridad que protege un recipiente o una instalación presurizada, permanecerá cerrada hasta el momento en el que la fuerza ejercida por la presión del fluido P, contra el disco, iguale la fuerza del resorte Fr. (fig1). A partir de ese punto de equilibrio, el disco obturador se separa del asiento, dejando escapar una pequeña cantidad del fluido, (presión de regulación de la válvula) que se depositará en la cámara angular (C) formada entre el disco obturador y el anillo de regulación (fig.2). LA presurización de la cámara (C) crea una fuerza adicional que contribuye a la apertura total e instantánea de la válvula (fig.3). Una vez desaparece la causa que ha creado la sobrepresión, la presión se irá reduciendo en la instalación, hasta un cierto punto por debajo de la presión de regulación y la presión de reinicio (Blowdown), puede estar entre un 7% y un 15% en función de si la válvula trabaja con gas o líquido. Los valores de la sobrepresión y de presión de reinicio, pueden ser corregidos, posicionando el anillo de regulación más o menos distante de la superficie interna del obturador DEFINICIONES Presión de regulación: presión predeterminada a la que la válvula de seguridad comienza a abrirse en las condiciones de servicio. Presión máxima admisible: Presión máxima para la cual está diseñado el equipo, tal y como especifique el fabricante. Sobrepresión: Aumente de presión con respecto a la presión de regulación, para que la válvula de seguridad alcance la carrera máxima especificada por el fabricante, y que normalmente e exprese como un porcentaje con relacioón a la presión de reculación Presión de reinicio: Valor de la presión estática de entrada para el cual el disco restablece contacto con el asiento ola carrera pasa a ser cero. Presión de descarga: Presión utilizasa por el dimensionado de la válvula de seguridad, que es mayor o igual a la presión de regulación más la sobrepresión pág. 6 Contrapresión generada: Presión existente en la salida de la válvula de seguridad provocada por el paso del fluido a través de la válvula y del sistema de descarga. Contrapresión inicial: Presión existente en la salida de la válvula de seguridad en el momento en que el dispositivo va a entrar en funcionamiento. 2.2.Válvulas de seguridad: Tiene disparo manual y la tapa es abierta para la refrigeración del propio muelle. Según el encamisado, en la brida de entrada, el encamisado puede sobresalir (que serían las válvulas de seguridad tipo semi-boquilla). Tienen un característica muy importante: a partir del año 83’ se obliga a que el disparo de las válvulas de seguridad no se expulse a la atmósfera. A partir de entonces, se obliga a que el disparo sea canalizado a una zona segura o, incluso, que los gases se puedan recoger en una cisterna. Tienen problemas de contrapresión, por lo que cierra la propia válvula. Tienen que disparar a plena apertura, pues de lo contrario no sería una válvula de seguridad de todo o nada: disparo total a plena apertura. 2.2.1.MODELO 2400 (PROVINDUS) Pensado para vapor de agua sobrecalentado, y vapor de agua saturado. Este modelo es típico encontrarlo en calderas, sobrecalentadores, turbinas, etc. Asimismo consta de 14 orificios según API 526 y un rango de presión de servicio desde 0,5 bar hasta 413 bar. Su Rango de temperatura de servicio desde –29ºC hasta 540º C. Respecto al tipo de unión con el sistema tenemos Conexiones bridadas, por ambos extremos. Series: 150 a 2500 ANSI B 16.5. Por último en cuanto a sus dimensiones, oscilan entre 1” x 2” hasta 8” x 10”. Esta válvula ha sido construida según el Código ASME – Sección VIII – Div.1 pág. 7 PARTES CONSTITUTIVAS D IMENSIONAMIENTO pág. 8 2.2.2.MODELO SV73 (SPIRAX SARCO) La serie de válvulas SV73 en hierro fundido son fabricadas según la normativa ASME Sección I y VIII; para calderas y recipientes presurizados. Este modelo está pensado para la protección de sistemas de vapor aguas abajo de estaciones reguladoras de presión, en la entrada de equipos como baterías de aire, intercambiadores de calor y recipientes de procesos. También para proteger los tanques de revaporizado en los sistemas de retorno de condensado. En sistemas de aire para proteger al calderín de sobrepresión. Calderas de vapor y generadores. CARACTERÍSTICAS GENER ALES pág. 9 PARTES CONSTITUTIVAS D IMENSIONAMIENTO pág. 10 2.2.3.MODELO 64GC/GF (NACIONAL) El fabricante de válvulas “Nacional” muestra las siguientes propuestas en cuanto a válvulas de seguridad especializadas en gases, como pueda ser el vapor de agua. Claro está que habrá una notable diferencia entre la diferencia de materiales para diferentes fluidos, por ejemplo acero para el vapor de agua. Además este fabricante hace una diferencia entre estos dos modelos, el primero es el convencional, no corrige automáticamente el problema de la contrapresión,; el segundo utiliza un fuelle, que si corrige automáticamente la contrapresión. Además todas las válvulas ha sido diseñadas bajo las normas ASME VIII DIV-1, e ISO- 4126-1. A continuación, se exponen algunas características más. CARACTERÍSTICAS GENER ALES pág. 11 PARTES CONSTITUTIVAS 64GC PARTES CONSTITUTIVAS 64GF pág. 12 D IMENSIONAMIENTO 64GC/GF pág. 13 2.3.VÁLVULAS DE DESAHOGO Están pensadas para líquidos, y su estructura es igual que las de seguridad pero sin disparo y con tapa cerrada. Su característica principal, a diferencia de las de seguridad, es que tiene disparo a una apertura adicional para pequeños incrementos de presión. En bombas, en su descarga, son muy utilizadas (en las volumétricas, sobretodo). También se ponen en canales que llevan el agua en intemperie. El problema son los caudales térmicos y su consecuente dilatación del fluido, y la Presión Nominal del sistema se incrementa. Esto es agresivo para la tubería, y por esta razón se ponen estas válvulas en zonas críticas (de calor, sobretodo). 2.3.1.MODELO 1700 (PROVINDUS) Este tipo de válvula está pensado para la liberación de gases, vapores y líquidos, y especialmente orientada para compresores, acumuladores, tanques. Apta para protección de equipos ante los efectos de expansión térmica. Respecto a los rangos de presión de servicio, este modelo oscila desde 5 bar hasta50 bar. En lo referente a las conexiones; En las entradas, hay tanto rocadas (rosca Macho o Hembra) o bridadas (brida: Serie 150 - 300 – 600 ANSI B16.5); En la salida puede haber rosca (hembra) o brida (150 ANSI B 16.5) Además, esta válvula ha sido construida según el Código ASME – Sección VIII – Div.1.Por último, en cuanto a los rangos de temperatura de servicio varían desde –29ºC hasta 250º C. PARTES CONSTITUTIVAS pág. 14 D IMENSIONAMIENTO 2.3.2.MODELO 1800 (PROVINDUS) Al igual que el modelo anterior, este tipo de válvula se usa para gases, vapores, líquidos, y también vapor de agua saturado. Sin embargo se suelen encontrar en las industrias de proceso en general. Respecto al rango de presión de servicio, este oscila desde 0,2 bar hasta 21 bar. En lo referente a las conexiones; la entrada puede ser rocada (macho o hembra) o bridada, a partir de 1” se ofrece serie 150 o 300 ANSI B16.5; La salida será o rocada (hembra) o bridada (150 ANSI B 16.5.). En cuanto al rango de temperaturas de servicio, oscilan entre –29ºC hasta 200º C. Para finalizar, esta descripción, comentar que comparte la misma normativa que el modelo anterior. PARTES CONSTITUTIVAS pág. 15 D IMENSIONES 1700/1800 2.3.4.MODELO SV615 (SPIRAX SARCO) Este modelo de Spirax Sarco está diseñada para fluidos como vapor, aire, gases industriales inertes, y líquidos no peligrosos. Por lo tanto es recomendable su uso para la protección de calderas de vapor o agua caliente, generadores, recipientes, calderines y compresores de aire, autoclaves etc. Respecto a la normativa, la SV615 cumple con los requisitos EN ISO 4216:2004 y lleva la marca (CE) indicando que cumple totalmente con los requisitos de la Directiva Europea de Equipos a Presión 97/23/EC(PED). En la siguiente tabla se adjuntan algunas de sus características técnicas CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS pág. 16 PARTES CONSTITUTIVAS D IMENSIONES pág. 17 2.4VÁLVULAS MIXTAS Son de características muy similares a las anteriores, pero con el matiz de que se pueden utilizar como seguridad o desahogo. 2.4.1MODELO 3-50 (NACIONAL) Se trata de una válvula de seguridad tipo angular a 90º de apertura total instantánea, asiento completo, cargada a resorte, anillo de regulación. Se utilizan indistintamente como válvulas de seguridad o alivio, tanto para gases como para líquidos. Es típica su instalación en industrias químicas o farmacéuticas, su compacto tamaño limita su uso a un caudal medio o bajo. PARTES CONSTITUTIVAS pág. 18 D IMENSIONAMIENTO pág. 19 3.BIBLIOGRAFÍA http://www.provindus.com.py/Contenidos/Productos/Aerre/Catalogos/Aerre_Catalogo.pdf http://www.spiraxsarco.com/es/products-services/products/control-systems/safety- valves.asp#sb http://www.valvulasnacional.com/articles-mostra-1970-esp-modelo_64.htm http://www.spiraxsarco.com/es/pdfs/TI/p316-01.pdf http://www.spiraxsarco.com/es/pdfs/TI/sv851.pdf http://www.spiraxsarco.com/es/pdfs/TI/sv851.pdf http://www.valvulasnacional.com/index.php?md=documents&id=1126&lg=esp http://www.valvulasnacional.com/articles-mostra-1974-esp-modelo_3_50.htm http://www.provindus.com.py/Productos_Aerre.htm pág. 20