Válvulas de seguridad PPT

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Válvulas para el 
alivio de Presión
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 IV
• En un equipo es intrínsecamente 
peligrosa porque puede provocar 
explosiones, liberación de 
químicos inflamables o tóxicos y la 
pérdida de vidas y bienes.
• El ingeniero debe conocer cuándo 
se pueden ocurrir situaciones de 
sobrepresión para diseñar la 
planta y el equipo que garantice 
que, si se produce esta situación, 
se libere la presión del equipo 
mediante la descarga segura de su 
contenido.
Sobrepresión
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Sobrepresión
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Tanque sin válvula de vacío
Departamento de Ingeniería Química
Asignatura: Integración IV
 Ocurre cuando se acumula masa o energía en un volumen contenido 
(o espacio con salida restringida)
 La tasa de acumulación determina el aumento de presión.
 Los controles de proceso pueden no ser capaces de responder 
suficientemente rápido
Sobrepresión
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Departamento de Ingeniería Química
Asignatura: Integración IV
 Si no se libera la 
presión, los resultados 
podrían incluir: 
 Rotura del recipiente
 Explosión
 Otras pérdidas de 
contención
 Los equipos que componen una planta de proceso deben protegerse de 
sobrepresiones causadas por circunstancias anormales. 
 El sistema de alivio de presión sirve para descargar el contenido del equipo 
sobrepresurizado (mediante válvulas de alivio) adonde no cause peligro.
Sobrepresión
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Departamento de Ingeniería Química
Asignatura: Integración IV
 El diseño del sistema depende de 
las propiedades del fluido 
descargado: 
• punto de inflamación, límites de 
inflamabilidad, temperatura de 
ignición de líquidos inflamables y 
gases
• regulaciones ambientales
• condiciones ambientales
• necesidad de recuperar 
materiales costosos.
Casos específicos de sobrepresión (API RP 521)
• Salida bloqueada
• Pérdida de energía eléctrica
• Fallo del enfriamiento o del reflujo
• Fallo del flujo de adsorbente
• Material volátil ingresando al 
sistema.
• Entrada de calor anormal
• Falla de los controles automáticos.
• Apertura inadvertida de la válvula
• Falla de válvula de retención
• Falla de la utilidad
• Acumulación de no condensables.
• Reacción química
• Sobrecalentamiento de sistemas llenos de 
líquido
• Fuego externo
• Fallo en tubos del intercambiador de calor
• Pérdida de calor en fraccionamiento en 
serie.
• Apagado del ventilador
• Error del operador
No es una lista exhaustiva y el equipo de diseño debe realizar un brainstorming para 
identificar otras posibles causas (Ej. HAZOP)
Departamento de Ingeniería Química
Asignatura: Integración IV
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 Todos estos eventos tienen una causa común, por lo que se 
debe suponer que ocurren simultáneamente
Un rayo 
golpea la 
subestación
Pérdida 
de 
energía
Apagado de 
aeroenfriadores
Caída del 
mixer del 
reactor
Caída de 
servicios
Caída de 
bombas de 
alimentación
Sin 
enfriamiento 
del reactor
Puntos 
calientes 
locales
Sin 
enfriamiento 
del reactor
Se dispara la 
temperatura 
del reactor
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Departamento de Ingeniería Química
Asignatura: Integración IV
Ejemplo de causas comunes de falla
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Alivio de Presión
Sistemas de alivio de presión
Departamento de Ingeniería Química
Asignatura: Integración IV
• El diseño de plantas de procesos incluye el uso de sistemas de alivio de 
presión para proteger equipos críticos en condiciones anormales. 
• Es un sistema de seguridad para proteger equipos presurizados en los que 
una falla puede tener consecuencias graves.
• Es el último recurso para evitar que un equipo exceda su límite de 
presión, lo que previene situaciones peligrosas que puedan ocasionar 
daños materiales y humanos. 
• La protección asegura cumplimiento de los niveles de seguridad exigidos, 
y protege la inversión.
• La instalación de sistemas de alivio de presión es muy importante, pero 
también lo es elegir el sistema correcto para cada situación. 
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Niveles de seguridad
Cortes de seguridad automáticos
Sistema de Alivio de presión
Alarmas críticas e Intervención del operador
Control básico del proceso
Diseño de la planta (seguridad inherente)
Respuesta ante emergencias
En la comunidad
Respuesta ante emergencias
En la unidad de proceso
• El sistema de alivio de 
presión es un nivel de 
seguridad independiente 
que se activa cuando 
todos los niveles 
inferiores han fallado.
• Es la última capa que se 
activa antes de que 
ocurra un incidente de 
liberación.
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Departamento de Ingeniería Química
Asignatura: Integración IV
Sistemas de alivio de presión
Factores a tener en cuenta para elegir el dispositivo de alivio
Departamento de Ingeniería Química
Asignatura: Integración IV
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Válvulas de seguridad y alivio: Válvulas que permanecen cerradas por 
acción de un resorte. Cuando la presión 
a la entrada vence la fuerza del resorte 
la válvula se abre descargando hacia un 
lugar seguro. Se calibran para que abran 
a la presión de diseño del recipiente 
que protegen
Dispositivos para alivio de Presión
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Departamento de Ingeniería Química
Asignatura: Integración IV
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Departamento de Ingeniería Química
Asignatura: Integración IV
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Definiciones
• Válvula de Seguridad: 
Automáticamente descarga fluido cuando la presión aguas arriba supera un 
valor determinado y cierra cuando se restablecen las condiciones de presión. 
La apertura total es rápida (acción "pop“). Se usa para fluidos compresibles 
(gases y vapores).
• Válvula de Alivio:
Actúa en forma similar a la de seguridad, pero con una apertura proporcional 
al incremento de presión. Es empleada para líquidos.
• Válvula de Seguridad y Alivio: 
Puede ser empleada como válvula de seguridad y de alivio, según la 
aplicación. 
• Válvula de Seguridad y Alivio Balanceada: 
Posee dispositivos para minimizar el efecto de la variación de la 
contrapresión. Las fuerzas de apertura y cierre sobre el asiento por 
contrapresión están balanceadas.
Válvula de seguridad
Departamento de Ingeniería Química
Asignatura: Integración IV
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Válvula de seguridad
Presión de 
Operación: 
Presión del 
sistema a las
condiciones 
normales de 
operación.
Presión de 
Apertura: 
Presión a la cual 
la válvula 
comienza a abrir, 
en condiciones 
de servicio de 
contrapresión y 
temperatura. 
Conocida 
también como 
Presión de 
Timbre o de 
Seteo o de 
Calibración. 
Presión de "pop":
Para fluidos 
compresibles, 
presión a la cual la 
válvula abre 
rápidamente.
Rápido 
desplazamiento del 
disco hasta apertura 
total. 
Para fluidos 
incompresibles es la 
presión a la cual la 
válvula comienza a 
descargar
Presión de 
venteo: 
Presión de 
apertura más
Sobrepresión. 
Presión a la 
cual la válvula 
alcanza 
apertura total 
y descarga el 
caudal 
máximo a 
esas
condiciones. 
Presión de 
recierre: 
Presión a la 
cual la válvula 
vuelve a 
cerrar luego 
de una 
apertura.
Departamento de Ingeniería Química
Asignatura: Integración IV
seteo
seteo
Departamento de Ingeniería Química
Asignatura: Integración IV
Régimen de presiones para una válvula 
de seguridad con sobrepresión del 10%
Válvula de seguridad
Presión de diseño: 
máxima P de trabajo a T 
de diseño. Es utilizada 
para calcular el espesor 
del recipiente o tubería.
Presión de seteo: 
Presión a la que 
empieza a ascender la 
válvula de seguridad.
Sobrepresión:
incremento de presión 
sobre la de seteo
durante el ascenso de la 
válvula. Alcanza el 
máximo cuando la 
válvula está 
completamente abierta. 
Se expresa como 
porcentaje de la presión 
de seteo.
Presión de alivio: suma 
de la presión de seteo 
más la sobrepresión.
Presión de trabajo o 
servicio: Presión normal 
de trabajo del equipo a 
la temperatura de 
servicio.
Acumulación:
Incremento de presión 
por sobre la P de diseño 
del equipo durante la 
descarga al sistema de 
alivio. Aumento 
permitido en situación 
de emergencia. Puedevariar del 10% de la P 
de diseño, hasta el 25% 
para situaciones de 
incendio.
seteo
seteo
Departamento de Ingeniería Química
Asignatura: Integración IV
Régimen de presiones para una válvula 
de seguridad con sobrepresión del 10%
Válvula de seguridad
Escape. 
Despresurización. 
presión de reasiento. 
(Blowdown): Diferencia 
entre la presión de 
seteo y la de cierre 
cuando la válvula 
retorna a su posición 
normal de descanso. Se 
expresa como 
porcentaje del seteo.
Contrapresión: Presión 
estática existente en la 
boca de salida. Puede 
estar impuesta por las 
condiciones de flujo en 
la descarga u originada 
por el flujo de escape 
desde la válvula de 
seguridad a través del 
sistema de descarga.
Caudal de alivio 
requerido: Flujo 
requerido de descarga 
en condiciones de alivio 
para mantener la 
presión en el equipo en 
el valor de acumulación 
permitida o por debajo 
de ella.
Presión acumulada 
máxima permitida:
Suma de la presión de 
diseño y la acumulación 
máxima permitida.
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Principio de Funcionamiento
Po (Pos.1): En condiciones normales 
de operación la válvula está cerrada 
(la fuerza del resorte es mayor que 
la presión sobre el disco de cierre).
Pa (Pos. 2): En condiciones 
anormales la presión se incrementa 
hasta alcanzar la presión de apertura 
(las fuerzas se equiparan). La válvula 
comienza a abrir.
Ppop (Pos.3): La presión sigue en 
aumento, sube el disco y aumenta 
el caudal desalojado. La cámara
formada por el anillo de regulación 
y el disco, se presuriza y aumenta la 
fuerza de apertura de la válvula. Se 
alcanza la presión que provoca un 
rápido desplazamiento del disco y 
aumento del caudal de descarga.
Pv (Pos. 4): La presión sigue 
aumentando. También el
caudal desalojado y la 
levantada del disco, hasta 
alcanzar la presión de 
venteo donde la válvula
descarga el caudal máximo 
a esas condiciones.
Pc (Pos.5): Luego del 
accionamiento de la 
válvula, la presión
del sistema comenzará a 
descender hasta alcanzar
la presión de recierre
donde la válvula cierra
en forma súbita.
Válvula de seguridad
Departamento de Ingeniería Química
Asignatura: Integración IV
Respuesta de la instrumentación
API recomienda que no se confíe en la instrumentación cuando el alivio 
depende de su respuesta
API 521, 5th edition, 1997, section 3.10.
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Departamento de Ingeniería Química
Asignatura: Integración IV
API recomienda que se asuma que la instrumentación responderá tal 
como fue diseñada si esa respuesta aumenta el requisito de alivio
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Departamento de Ingeniería Química
Asignatura: Integración IV
Respuesta de la instrumentación
Flare
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Departamento de Ingeniería Química
Asignatura: Integración IV
Sistema Típico de Alivio de presión
Sistema de alivio de presión
Las líneas de entrada a la PSV deben tener en cuenta Que no hayan 
obstáculos entre el volumen a aliviar y la PSV
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Asignatura: Integración IV
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Sistema de alivio de presión
Las líneas de salida de la PSV debe 
ser tal que:
• El φ de la conexión de descarga 
sea ≥ al φ de salida de la PSV
• No existan obstáculos entre la 
PSV y el colector
• No se formen bolsillos en el 
camino al colector (sentido 
descendente)
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Asignatura: Integración IV
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Sistema de alivio de presión
Configuración general
Departamento de Ingeniería Química
Asignatura: Integración IV
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Ubicación de los dispositivos de Alivio de presión
 Usualmente se ubican en:
 La parte superior del recipiente
 En un drenaje libre
 Cerca del recipiente
 En una ubicación “limpia”
 La descarga a un cabezal de alivio generalmente:
 Debe asegurar un drenaje libre
 Debe permitir la separación de líquidos
 Se debe comprobar la contrapresión para eventos simultáneos.
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Departamento de Ingeniería Química
Asignatura: Integración IV
Discos de ruptura: Elemento fusible que se instala en una 
boca del recipiente, calculado para que 
rompa a una presión algo menor que la 
que soporta el recipiente
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Dispositivos para alivio de Presión
Departamento de Ingeniería Química
Asignatura: Integración IV
 Es similar a la válvula de seguridad, en cuanto a su función: proteger contra 
presiones o depresiones excesivas en tuberías, depósitos o tanques de 
almacenamiento.
 Son dispositivos para sistemas cerrados, que produce una apertura instantánea a 
una presión, o depresión predeterminada
 Protege incluso de la posible explosión por sobrepresión o de la implosión por 
vacío.
 Puede proteger contra uno de esos efectos o contra ambos a la vez, mediante un 
conjunto de discos.
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Discos de ruptura
Departamento de Ingeniería Química
Asignatura: Integración IV
 A veces se emplean como un dispositivo adicional de seguridad a la válvula de 
seguridad, es decir, como una doble seguridad; en algunos casos estos discos 
sustituyen a la válvula de seguridad; dichos discos son fácilmente sustituibles.
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Discos de ruptura
Departamento de Ingeniería Química
Asignatura: Integración IV
 Se insertan en un cabezal especialmente diseñado para el disco, 
el que se coloca entre bridas de cualquier tipo (RF); o puede 
situarse entre bridas especialmente diseñadas para ese fin.
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Discos de ruptura
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Asignatura: Integración IV
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Discos de ruptura
Ventajas sobre las válvulas de seguridad: 
 Relativamente económicos
 Aptos para líquidos de todas las viscosidades, gases, y mezclas de ambas 
fases.
 No tiene piezas móviles, por lo que precisan mantenimiento y ofrecen 
tiempos de respuesta más rápidos.
 Se cambian fácilmente para adaptarse a nuevas condiciones de trabajo y 
presión.
 Proporcionan excelente estanqueidad al sistema, eliminando fugas de 
productos tóxicos o valiosos.
 Se fabrican en una amplia gama de materiales y una excelente resistencia a la 
corrosión a bajo costo (aluminio, acero inoxidable, níquel, Monel, e Inconel). 
 También pueden fabricarse en cobre, Hastelloy, titanio, tántalo, plata, oro, 
platino, y diversos materiales no-metálicos, como el grafito.
Departamento de Ingeniería Química
Asignatura: Integración IV
Tipos
a) Descarga a un Sistema Abierto. 
• Descarga atmosférica
b) Descarga a un Sistema Cerrado. 
• Descarga a antorcha
• Descarga a un sistema de menor presión
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Sistemas de descarga
Departamento de Ingeniería Química
Asignatura: Integración IV
• Es simple y económico. 
• Con hidrocarburos, substancias inflamables o vapores peligrosos 
cuidarse de no crear peligro o causar otros problemas.
• Si los vapores de hidrocarburos, se diluyen con aire cerca del 3% en 
peso, la mezcla estará en el límite de inflamabilidad o por debajo.
• Este valor varía de 3% para metano a 3.6% para hexano. 
• Si la velocidad en la tubería de descarga de la válvulas de alivio es la 
adecuada, se puede bajar la concentración de la mezcla a valores que 
no la hacen inflamable.
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Sistemas de descarga
Descarga atmosférica
Departamento de Ingeniería Química
Asignatura: Integración IV
• Los conjuntos de válvulas de alivio que descargan a la atmósfera se ubican al 
menos a 15 m horizontales de cualquier equipo o estructura que esté a 
mayor elevación que el punto de descarga.
• Si el venteo tiene vapores combustibles, se debe elevar la salida al menos 3 
m por encima de cualquier equipo, edificio, chimenea u otra estructura.
• Cuando ventean válvulas individuales, proveer un drenaje en el punto más 
bajo para que no se colecte líquido. 
• Impedirse que los vapores que escapen por el drenaje choquen contra la 
pared del recipiente, ya que la ignición accidental de estos gases puede 
debilitar seriamente el recipiente.
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Descarga atmosférica
Sistemas de descarga
Departamento de Ingeniería Química
Asignatura: Integración IV
• Líquidos no volátiles a temperatura ambiente pueden descargarse a un cabezal 
de alivio cerrado separado que descargue a un sumidero de donde los líquidos 
son recuperados. 
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Descarga atmosférica• Los líquidos volátiles o no volátiles 
pueden también descargarse en 
el sistema de descarga cerrado. El 
líquido será separado en el 
tambor (“knockout drum”) 
ubicado antes de la antorcha. 
DEPÓSITO DE SEPARACIÓN 
(KNOCKOUT DRUM)
Sistemas de descarga
Departamento de Ingeniería Química
Asignatura: Integración IV
• Se utiliza para fluidos que no pueden enviarse a la 
atmósfera, al drenaje o no pueden retornar al proceso
• Estos sistemas pueden ser de alta y baja presión
• Generalmente los fluidos recolectados son enviados a 
quemarse en una antorcha.
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Descarga a Sistema Cerrado
Sistemas de descarga
Departamento de Ingeniería Química
Asignatura: Integración IV
• Usa la combustión para quemar los vapores inflamables, tóxicos o corrosivos 
en compuestos menos peligrosos.
• Dependen de disponibilidad de espacio, características del gas a quemar, 
economía y relaciones públicas (si la antorcha puede ser vista u oída desde 
áreas residenciales).
• Para el diseño se considera el efecto de la radiación térmica en la población 
que pudiera estar expuesta en los límites de la planta o en sus adyacencias. 
• Generalmente se requiere que la operación de la antorcha sea sin humo 
(smokeless). Para ello se requiere energía que promueva turbulencia y 
mezclado del aire de combustión con el gas mientras es incinerado. 
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Descarga a antorcha
Sistemas de descarga
Departamento de Ingeniería Química
Asignatura: Integración IV
• La descarga del material aliviado se hace al mismo sistema o a otro de 
menor presión.
• Es una manera segura y económica de disponer de estos materiales si el 
receptor está diseñado para esa carga adicional.
• Los líquidos no volátiles se pueden enviar al drenaje si tiene capacidad 
suficiente y está sellado y venteado. 
• No se deben descargar fluidos volátiles, tóxicos, o calientes en el drenaje.
• Descarga al proceso: si la unidad seleccionada puede recibir material 
aliviado sin peligro desde un sistema de mayor presión. 
• El tipo de válvula de alivio a usar dependerá de la contrapresión (constante, 
variable o desarrollada (built-up) del sistema de menor presión.
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Descarga a un sistema de menor presión (descarga interna)
Sistemas de descarga
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Asignatura: Integración IV