Existen dos tipos principales de válvulas de seguridad: Aquellas accionadas por resorte, y aquellas accionadas por piloto. No obstante, las denominadas válvulas selectoras son de suma importancia, ya que estas garantizan la disponibilidad contínua del sistema.
Las válvulas de seguridad accionadas por resorte son uno de los principales tipos de válvulas de alivio en las que la fuerza de cierre, se aplica mediante un resorte en forma de espiral.
De un vistazo:
En una válvula de resorte, la fuerza de tensión es aplicada mediante un resorte en forma espiral que, a su vez, es comprimido por un tornillo de ajuste.
En este tipo de dispositivo, la fuerza es transmitida al disco a través del vástago hasta el disco. Siempre y cuando la fuerza de tensión sea mayor a la fuerza creada por la presión en la entrada de la válvula, el disco se cerrará contra la boquilla del sistema. La siguente ilustración muestra una ampliación de la zona de la boquilla y del disco de una válvula de alivio, así como de los tipos de fuerza que actúan sobre el disco.
Válvula abierta
En caso de una situación inesperada, la válvula se abre a una presión de respuesta predeterminada. La fuerza del resorte (Fs) actúa en la dirección de cierre, mientras que la fuerza creada por la presión (Fp) en la entrada de la válvula de seguridad, actúa en la dirección de salida. Al alcanzar el nivel de presión preestablecido, las fuerzas Fs y Fp se encuentran equilibradas. No hay ninguna fuerza resultante que mantenga el disco en el asiento. Como resultado, la válvula de alivio se abrirá de forma visible o audible (primer sonido emitido).
La presión bajo la válvula debe aumentar por encima de la presión de ajuste antes de que la válvula ascenda de forma evidente. Debido a la restricción de flujo, entre el disco y el anillo de ajuste, la presión se acumula en la cámara de presión. Dicha presión actúa ahora sobre un área de disco más amplia. Como consecuencia, la fuerza (Fp) aumenta de modo que la fuerza de compresion del resorte es superada. Finalmente, la válvula se abre rápidamente emitiendo un "pop"; y en la mayoría de los casos, con una elevación completa.
La sobrepresión es el aumento de la presión por encima del nivel de ajuste necesario para que la válvula de seguridad alcance su elevación y capacidad totales. La sobrepresión suele expresarse como un porcentaje de la presión establecida. Los códigos y normas prescriben los límites que esta puede alcanzar en su nivel máximo. Si bien un valor típico es el 10 %, sus valores pueden oscilar entre el 3% y el 21 %, dependiendo tanto de la norma, como de su aplicación.
Cierre de la Válvula
En la mayoría de las aplicaciones, una válvula de alivio correctamente diseñada reducirá la presión en el recipiente al momento de descargar el medio. En consecuencia, tanto la presión en el recipiente, como la fuerza (Fp), disminuirán. Sin embargo, una vez alcanzando la presión establecida, el flujo sigue actuando sobre el área aumentada del disco, haciendo que la válvula permanezca abierta. Para poder cerrarla nuevamente, se requerirá reducir una vez más la presión hasta que la fuerza del resorte (Fs) vuelva a ser mayor que la fuerza de presión (Fp) y la valvula comienza a cerrar. A la presión de cierre, el disco vuelve a tocar la boquilla del asiento y la válvula de seguridad se cierra de nuevo.
La pérdida de carga (blowdown) es la diferencia entre la presión de ajuste y la presión de cierre de una válvula de alivio, y se expresa como un porcentaje de la presión de ajuste. Sus valores oscilan entre el -4 % y el -20%, según la normativa y la aplicación (vapor, gas, líquido).
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El diagrama muestra una curva de funcionamiento típica de una válvula de alivio de resorte. Es de suma importancia entender que, la presión de funcionamiento del equipo a proteger debe ser inferior a la presión de cierre de la válvula. La mayoría de los fabricantes, así como los códigos y normas, recomiendan una diferencia del 3 al 5 % entre la presión de cierre y la presión de operación. Esto a fin de garantizar un cierre limpio de la válvula y, al mismo tiempo, recuperar una buena estanquidad del asiento.
Funcionamiento de una válvula de seguridad de la serie 526 API con anillo de ajuste y liberación inicial audible bajo la presión establecida.
¿Cómo funciona una válvula de seguridad de resorte?
Las válvulas de alivio, o válvulas de seguridad, están diseñadas para abrirse y liberar el exceso de presión de los recipientes o equipos y, posteriormente, volver a cerrarse. Las válvulas de seguridad de resorte son uno de los tipos principales de válvulas de seguridad en las que la fuerza de cierre, es suministrada mediante un resorte en forma de espiral.
¿A qué presión se abren las válvulas de seguridad de resorte?
En este tipo de dispositivo, la fuerza de tensión (Fs) es transmitida al disco a través del vástago. Siempre y cuando la fuerza del resorte sea mayor que la fuerza creada por la presión (Fp) en la entrada de la válvula, el disco se cerrará contra la boquilla del sistema. Si las fuerzas Fs y Fp se encuentran equilibradas, el nivel de presión establecida ha alcanzado el punto correcto. Como resultado, la válvula se abre y la presión se reduce. Cuando la fuerza de tensión (Fs) vuelve a a superar la fuerza de presión (Fp), la válvula de seguridad comienza a cerrarse de nuevo.
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