Tópicos Especiales de Ingeniería Química

Definiciones Clave en Sistemas de Alivio de Presión

Acumulación: Aumento de presión sobre la Máxima Presión de Trabajo Permisible (MAWP) de un recipiente durante la descarga a través de un dispositivo de alivio de presión. Se expresa en unidades de presión o como porcentaje de la presión. Las acumulaciones máximas permisibles se establecen por los códigos de diseño aplicables a contingencias operacionales y de fuego.

Área de Riesgo de Incendio: Una planta de proceso es subdividida en áreas de riesgo de incendio, cada una de las cuales es el área máxima que razonablemente puede esperarse estar involucrada totalmente en un incendio sencillo. Esto se usa como base para determinar el requerimiento combinado para alivio de presión debido a la exposición a un incendio, basado principalmente en los efectos de la radiación de un incendio centrado en una piscina de líquido inflamable ardiendo.

Contingencia: Evento anormal que causa una condición de emergencia.

Contingencia doble: Ocurrencia simultánea de dos o más contingencias sencillas que no están relacionadas entre sí.

Contingencia remota: Resultado de una contingencia sencilla o doble de muy baja probabilidad de ocurrencia.

Contingencia sencilla: Evento anormal sencillo que causa una condición de emergencia.

Contrapresión: Presión existente en el cabezal de descarga al cual alivia un dispositivo de alivio de presión. Es la suma de las contrapresiones superimpuesta y acumulada.

Contrapresión acumulada: Incremento en la presión en el cabezal de descarga, la cual se genera después que un dispositivo de alivio de presión abre.

Contrapresión superimpuesta: Presión estática existente a la salida de un dispositivo de alivio de presión al momento de su abertura. Esta contrapresión proviene de otras fuentes y puede ser constante o variable.

Descarga atmosférica: Alivio de vapores o gases desde un dispositivo de alivio de presión a la atmósfera.

Diferencia de presión de descarga: Diferencia entre la presión de ajuste y la presión de cierre de una válvula de alivio de presión, expresada en unidades de presión o como porcentaje de la presión de ajuste.

Dispositivo de alivio de presión: Un dispositivo de alivio de presión funciona por la presión estática interna y está diseñado para abrir durante una situación anormal o emergencia, de manera tal de prevenir un aumento excesivo de la presión de fluido interno, por encima de un valor específico. El dispositivo también puede estar diseñado para prevenir un vacío excesivo. Entre estos dispositivos se encuentran las válvulas de alivio de presión, los dispositivos de alivio de presión no recerrables y las válvulas de alivio de vacío.

Dispositivo de disco de ruptura: Dispositivo de alivio de presión diferencial no recerrable, accionado por la presión estática interna, y está diseñado para funcionar mediante la ruptura del disco que contiene la presión. Un dispositivo de disco de ruptura incluye un disco de ruptura y un porta disco de ruptura.

Emergencia: Interrupción de las operaciones normales en la cual el personal, los equipos y el ambiente están en peligro.

Evento: Suceso que envuelve el comportamiento de un equipo, una acción humana o un agente o elemento externo al sistema y que causa desviación de su comportamiento normal.

Levantamiento: Desplazamiento real del disco de una válvula de alivio de presión desde su posición cerrada hasta su posición abierta.

Máxima presión de operación: Máxima presión esperada durante la operación de un sistema.

Máxima presión de trabajo permisible (MAWP): Máxima presión manométrica permisible en el tope de un recipiente a una temperatura especificada. La MAWP se calcula usando el espesor nominal de cada elemento del recipiente sin considerar el espesor adicional por corrosión ni otras cargas de presiones. Es la base para fijar la presión de un dispositivo de alivio de presión.

Presión de abertura: Valor de presión estática, corriente arriba de la válvula, a la cual existe un levantamiento apreciable del disco y empieza a observarse un flujo de venteo continuo.

Presión de ajuste: Presión manométrica a la cual es ajustada una válvula de alivio de presión para abrir bajo condiciones de servicio.

Presión de cierre: Valor de la presión estática, aguas arriba de la válvula, a la cual el disco de la válvula hace contacto nuevamente con su asiento o cuando el levantamiento alcanza el valor de cero.

Presión de diseño manométrica: Condición de presión más severa, coincidente con la temperatura más severa que se espera durante la operación. Esta presión puede ser usada en lugar de la MAWP, si esta última no ha sido establecida. La presión de diseño es igual o menor que la MAWP.

Presión de prueba diferencial en frío: Presión a la cual una válvula de alivio de presión es ajustada para abrir en un banco de prueba e incluye las correcciones para las condiciones de servicio de contrapresión o temperatura o ambos.

Presión de ruptura: Presión estática, aguas arriba de un dispositivo de alivio no recerrable, al 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 ubicado 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 del recipiente.

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.

Datos de Clase

Dimensionamiento de Válvulas de Seguridad

El dimensionamiento de válvulas de seguridad implica determinar el diámetro o el orificio bajo ciertas condiciones.

• Punto de ajuste: Presión de diseño (ingeniería conceptual).

¿Qué impulsa a un fluido (ya sea un líquido o un gas)? El diferencial de presión. Si no hay diferencia de presión, el fluido no se mueve. Mientras más alto sea el diferencial de presión (ΔH), más fluido podemos pasar.

Presión superimpuesta: Presión estática a la salida de la válvula de seguridad cuando no hay flujo.

Presión acumulada: Presión generada cuando se abre una válvula.

Contrapresión = Superimpuesta + Acumulada

Contrapresión total: Para garantizar que el fluido a trabajar pueda pasar por el orificio de la válvula.

Si la válvula abre a una mayor presión, por ejemplo, abre a 120 psig y se deseaban 100 psig, el flujo que inicialmente desaloja es mayor, luego baja la presión hasta 100 psig y se trabaja con el flujo deseado inicialmente. Puede explotar el recipiente.

A menor presión deseada, el flujo es menor al que habríamos esperado, el fluido se acumula y aumenta la presión.

Área del Orificio

P1: 100 psig (nuestro punto de ajuste) P2: 21 psig (contrapresión total)

¿Qué sucede si calculamos mal el área del orificio, menor a la real?

Si no explota el recipiente:

• Aumenta la presión, por ende, comienza a desalojar más fluido.

¿Qué sucede si calculamos mal el área del orificio, mayor a la real?

• Más costoso.
• Problema técnico: Se puede dar un fenómeno llamado “golpeteo”, desaloja e inmediatamente cierra la válvula, la presión baja demasiado rápido y esta se abre/cierra constantemente y puede romperse.

Dimensionamiento para Servicio de Vapor

• Generalmente hidrocarburos.
• Debemos determinar si el fluido es crítico o subcrítico.
• Determinamos la presión crítica.
• Determinamos la presión de alivio.
• Tratamos en lo posible de que ocurra flujo crítico. Quiere decir que las variaciones de presión no hacen que varíe el flujo, es decir, permanece constante.
• Solo ocurre con vapor, en líquidos el flujo crítico no existe.
• Determinamos el área del orificio.
• Para que la P2 sea pequeña, se controla el diámetro; mientras más grande sea este, la caída de presión será menor.

Si P2 es menor que Px (Px = presión del flujo crítico), el cálculo del flujo crítico depende de P1 y Px.

Si P2 es mayor que Px, flujo subcrítico, está en función de P1 y P2.

P crítica: No depende de las condiciones de dimensionamiento sino de las características del fluido.

P alivio = Presión de ajuste + Acumulación (10%) + P atmosférica

Existen válvulas convencionales para vapores y válvulas de fuelle balanceado para líquidos, en esta última P2 varía mucho.