unidad 5. equipos auxiliares valvulas
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8/10/2019 Unidad 5. Equipos Auxiliares Valvulas
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Introduccin
Los equipos auxiliares son herramientas que complementan a los equipos trmicos segn
las necesidades. Dispositivos que colocados en partes criticas de las maquinas permiten
vigilar y controlar el buen funcionamiento de los mismos.
5.1 Vlvulas
Vlvula
Es un Mecanismo que regula el flujo de la comunicacin entre dos partes de una mquina o
sistema.
Vlvula de seguridad
Una vlvula de seguridad es una vlvula de relevo de presin que es accionada por la
presin esttica que entra en la vlvula, y cuyo accionamiento se caracteriza por una rpida
apertura audible o disparo sbito. Sus principales aplicaciones son en el manejo de vapor de
agua o aire. Son usadas primordialmente en procesos que generan o contienen vapor, aire o
gas, tales como:
Calderas
Autoclaves
Compresoras
Generadores de Vapor
Carros tanque que transportan gases, etc.
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Figura 1. Partes de una vlvula de seguridad
1. Cuerpo
2. Casquillo
3. Base y disco
4. Vstago
5. Resorte
6. Roldanas
7. Tornillo de Ajuste
8. Palanca de prueba
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9. Tuerca y plato de prueba
Figura 2. Vlvula de seguridad
1. Tornillo de ajuste con extremo esfrico para estabilizar y mantener alineadas las
partes en movimiento.
2. Resorte de Acero cadminizado y tratamiento trmico para evitar su fatiga.
3.
Descarga lateral roscada hembra NPT.
4. Base y disco lapeados por separado para asegurar su uniforme hermeticidad.
5. Palanca de prueba diseada y fundida de una sola pieza para proporcionar rigidez y
facilitar su funcionamiento.
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6. Cuerpo y casquillo en fundacin a presin asegurando la no porosidad.
7. Roldanas, tuerca y plato de prueba en Acero de Carbn SAE 1025-1045.
Su misin es evitar que la presin de la caldera sobrepase el valor normal de trabajo para la
cual se ha proyectado y construido, es decir, que protege a la caldera de presiones
excesivas. Tambin estn diseadas para prevenir excesiva presin de vaco interno. Toda
caldera fija debe estar equipada con una vlvula de seguridad, que funcione con absoluta
confianza. Las calderas mviles, tienen que poseer dos vlvulas de este tipo. Las
dimensiones de este accesorio deben permitir que escape a la atmsfera todo el vapor que
se genera con la actividad mxima de combustin cuando la toma de vapor est cerrada.
Tipos de vlvulas de seguridad
Las vlvulas de seguridad pueden clasificarse de acuerdo a 3 criterios diferentes:
1. Con base a su forma de operacin
1.1 Vlvula operada por resorte.
Vlvula de seguridad de levante completo o carrera completa
Es una vlvula de seguridad cuyo disco automticamente se levanta hasta su carrera total,
de tal forma que el rea de descarga no est determinada por la posicin del disco.
Vlvula de seguridad de levante parcial o carrera restringida
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Es una vlvula de seguridad cuyo disco automticamente se levanta hasta una posicin
especfica de su carrera, de tal forma que el rea de descarga est determinada por la
posicin del disco.
Vlvula de seguridad de orificio completo o pasaje de flujo libre
Una vlvula de seguridad de orificio completo es aquella que no tiene estrangulamientos
(que produzcan reducciones de dimetro) en el interior del orificio de flujo y cuyo disco
levanta lo suficiente para generar la mnima rea del orificio, por encima del asiento, para
convertirse en el rea que controla el flujo.
Figura 3. Vlvula de seguridad de orificio completo
1.2Vlvula operada por piloto.
Vlvula de seguridad operada por piloto
Es una vlvula de relevo de presin en cuya vlvula principal el miembro obturador no
balanceado es un pistn, est combinada y controlada por una vlvula de relevo de presin
auxiliar (piloto) que es una vlvula operada por resorte. Estas dos unidades que forman la
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vlvula de piloto pueden estar montadas en forma conjunta o separada, pero conectadas
entre s. Las vlvulas operadas por piloto operan con gran precisin, pues el piloto es el
sensor que detecta en todo momento la presin del sistema, y al llegar al punto de
calibracin, induce la descarga de la presin que existe en una cmara llamada "domo"
localizada en la vlvula principal, permitiendo con ello el movimiento del "pistn"
(elemento obturador de la vlvula principal) que har que se descargue el exceso de presin
del sistema. Existen diferentes tipos de pilotos que, dependiendo de las condiciones del
servicio, pueden ser "con flujo" o "sin flujo", y tanto de accin de "disparo y/o modulante"
Figura 4.Vlvula de seguridad operada por piloto
2.
Con base a su material de fabricacin
2.1 Acero.
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Figura 5. Vlvula de acero
2.2Bronce.
Figura 6. Vlvula de Bronce
3. Con base a su intervalo de presin de ajuste
3.1 103,45 a 41 379,31 kPa para acero.
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3.2 34,48 a 2 068,67 kPa para bronce.
Smbolo
Figura 7.Simbolo
Principios de operacin
La vlvula de seguridad opera de la siguiente manera: la presin de vapor entra en la
vlvula y acta sobre la seccin del disco y la tobera generando una fuerza que se opone a
la fuerza del muelle o resorte. Cuando esta fuerza es mayor que la fuerza del resorte la
vlvula abre.
El volumen de vapor generado por una apertura mnima del disco, al expandirse, acta
sobre el anillo inferior, causando una fuerza adicional que acta sobre el rea del
sostenedor del disco, que ayuda a la vlvula a hacer su apertura total. El ajuste necesario del
anillo superior permite al disco de la vlvula alcanzar su carrera a la sobrepresin de
diseo, (normalmente el 3% de sobrepresin). Cuando la presin de entrada disminuye
hasta alcanzar la presin de cierre, el disco se mueve hacia abajo, provocando el cierre de la
vlvula. La disposicin del disco y sus partes complementarias, sostenedor del disco,
vstago, collar del disco, y tuerca de lmite de carrera, permiten al disco alcanzar su
posicin de cierre con fuerza suficiente para impedir que fugue. El diseo del disco trmico
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permite una rpida igualacin de la temperatura alrededor del asiento, y provee un grado de
apriete contra el asiento de la tobera.
Conceptos de operacin de las vlvulas de seguridad
a) Capacidad de descarga
La capacidad de descarga es la cantidad de flujo mensurable a un porcentaje de
sobrepresin permitida, para ser usada como base para la utilizacin de una vlvula de
seguridad en una aplicacin. Se expresa en unidades de flujo msico o volumtrico.
b) Acumulacin
La acumulacin es la presin en el recipiente que se incrementa por encima de la mxima
presin de operacin permisible del mismo durante la descarga a travs de la vlvula de
seguridad. Se expresa en porcentaje de la presin de ajuste o en unidades de presin.
c) Contrapresin
La contrapresin es la presin esttica que existe en el lado de la descarga de la vlvula de
seguridad, provocada por la presin del sistema de descarga. La contrapresin se clasifica
como sigue:
Constante.- Se especifica como una contrapresin simple y que relativamente no tiene
variaciones. Ejemplo: 1,4 kPa.
Variable.- Se especifica con un intervalo, dando lmites mximos y mnimo, debido a que
esta contrapresin cambia de un momento a otro. Ejemplo: 0 a 1,4 kPa.
d) Contrapresin generada
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La contrapresin generada es la presin que se desarrolla en la salida de la vlvula como
resultado del flujo que existe despus de que la vlvula ha abierto.
e) Contrapresin sobrepuesta
La contrapresin sobrepuesta es la presin que existe en el lado de la descarga de la vlvula
antes de que sta abra.
f) Fuego; incendio
Trmino que describe el caso de falla por exposicin al calor, de la cual resulta un
incremento de presin dentro de un recipiente o sistema, debido a la radiacin de calor
exterior, por ejemplo, en un incendio.
g) Mxima presin de trabajo permisible; mxima presin de operacin permisible
Es la mxima presin manomtrica permisible a la que un recipiente puede operar, a la
temperatura designada. El recipiente no debe ser operado por encima de esta presin. Esta
presin se basa en los clculos de cada componente del recipiente utilizando el espesor
nominal empleado en el componente, excluyendo las tolerancias para la corrosin y
espesores requeridos para cargas diferentes de la presin interna.
h) Presin absoluta
Es la suma de la presin manomtrica ms la presin atmosfrica (baromtrica). Se expresa
en unidades de presin seguidas de una extensin en minsculas (ejemplo: bar a, kPa abs.).
i) Presin de apertura
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La presin de apertura es la presin a la entrada de la vlvula de seguridad a la cual se
puede medir el levantamiento, o a la cual se puede determinar una descarga continua ya sea
por observacin, porque se siente o por el ruido que genere.
j) Presin de cierre
La presin de cierre es el valor de la presin a la entrada de la vlvula, al cual el disco
restablece el contacto con el asiento de la tobera, obturando nuevamente el pasaje de flujo,
y el valor del levantamiento es cero.
k) Presin de disparo; detonacin
Es el valor de presin esttica ascendente y a la cual el disco se mueve en direccin de
apertura a una velocidad muy superior comparada con la correspondiente velocidad a la que
lo har a presiones inferiores o superiores. Se presenta despus del siseo, a la presin de
calibracin de la vlvula, de manera audible en forma de sbito y violento disparo o
detonacin.
l) Presin de operacin
La presin de operacin es la presin manomtrica a la cual normalmente trabaja el
recipiente, debiendo existir un margen dado entre la presin de operacin y la mxima
presin de trabajo permisible.
m) Presin de primer escape o de primera fuga; presin de primeras burbujas
La presin de primer escape es el valor de presin esttica creciente que entra en la vlvula,
y a la cual se percibe la primera burbuja cuando se est probando una vlvula de seguridad-
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alivio con asiento blando por medio de aire, y a travs de un sello de agua creado en el lado
de la salida de la vlvula.
n) Presin de prueba de hermeticidad; presin de prueba para fuga
La presin de prueba para fuga es la presin inducida a la entrada de la vlvula a la cual se
realiza la cuantificacin del burbujeo (fuga) entre los asientos, de acuerdo al procedimiento
de prueba para determinar la hermeticidad o fuga que exista entre los asientos.
) Presin de prueba en fro
Es la presin esttica a la cual se ajusta la vlvula para operar estando montada en un banco
de pruebas, y que incluye factores de correccin para compensar las diferencias del medio
de prueba, la temperatura y/o la contrapresin.
o) Presin de relevo
Es la suma de la presin de ajuste ms la sobrepresin.
p) Presin diferencial de cierre; diferencial de cierre
El diferencial de cierre es la diferencia entre la presin de ajuste y la presin de cierre de la
vlvula de seguridad, despus de que sta ha estado en operacin. Se expresa en porcentaje
de la presin de ajuste o en unidades de presin.
q) Presin manomtrica
Es la presin medida por un manmetro, y representa la diferencia entre la presin absoluta
y la presin atmosfrica (baromtrica). Se expresa en unidades de presin seguida de la
abreviacin "man" (manomtrica). Ejemplo: bar man, kPa man,).
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r) Siseo; preapertura; advertencia
El siseo aplica a vlvulas de seguridad o seguridad-alivio en fluidos compresibles
nicamente. El siseo es el indicador audible de escape de fluido de entre los asientos de la
vlvula, a una presin esttica ligeramente por debajo de la presin de disparo (apertura
sbita) de la misma. Se expresa en porcentaje de la presin de ajuste o en unidades de
presin.
s) Sobrepresin
La sobrepresin es la presin que se incrementa por encima de la presin de ajuste del
dispositivo de relevo al estar descargando. Normalmente se expresa como un porcentaje de
la presin de ajuste. La sobrepresin puede ser igual a la acumulacin, cuando la vlvula
est ajustada a la mxima presin de operacin permisible del recipiente
t) Traqueteo
Movimientos rpidos oscilatorios sin control del disco durante la descarga de una vlvula
de seguridad, caracterizada por el sonido violento que produce el disco al hacer contacto
con el asiento de la tobera. Dichos movimientos se consideran anormales.
u) Zona de presin primaria
La zona de presin primaria es la existente a la entrada de la vlvula de seguridad,
seguridad-alivio o alivio, y por lo tanto, la zona de presin primaria estar constituida por
las partes que formen la entrada de la vlvula, es decir, la tobera (o semitobera-cuerpo) y el
disco.
v) Zona de presin secundaria
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La zona de presin secundaria es la existente en la cavidad que se encuentra entre el rea de
descarga y la salida de la vlvula de seguridad, seguridad-alivio o alivio y, por lo tanto, la
zona de presin primaria est constituida por las partes que forman la salida de la vlvula,
es decir, cuerpo, bonete y capucha.
Vlvul a de Alivio
Una vlvula de alivio de presin es un dispositivo automtico de relevo de presin, el cual
abre en forma gradual en proporcin al incremento de presin. Una vlvula de alivio se
utiliza en el manejo de lquidos, exclusivamente.
Vlvula de seguridad-alivio convencional
Una vlvula de seguridad-alivio convencional tiene la cmara del resorte ventilada hacia la
descarga (salida) de la vlvula. Las caractersticas de operacin (presin de apertura,
presin de cierre y la capacidad de relevo) son directamente afectadas por los cambios de la
contrapresin en la vlvula.
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Figura 8. Vlvula de seguridad-alivio convencional
Vlvula de seguridad-alivio balanceada
Una vlvula de seguridad-alivio balanceada es aquella que incorpora los medios necesarios
para minimizar los efectos de la contrapresin sobre las caractersticas de operacin
(presin de apertura, presin de cierre y la capacidad de relevo). Algunos de estos medios
son: el fuelle, el pistn auxiliar de balanceo, restriccin del levante o la combinacin de
stos.
Figura 9. Vlvula de seguridad-alivio balanceada
Otros Tipos de vlvulas:
Vlvul a de solenoide del combustible
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Vlvula que controla el flujo de combustible de la caldera mediante un mecanismo
electromagntico.
Figura 10. Vlvula de solenoide del combustible
Vlvula pr incipal de combustibl e
Vlvula manual que puede ser operada por el personal cuando exista problema con la
caldera con el fin de controlar manualmente el flujo de combustible (se encuentra lejos de
la caldera de seguridad).
Figura 11. Vlvula de combustible
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Vlvula de prueba
Vlvula colocada en el nivelometro para que evite el vaco en la caldera cuando esta se
apaga.