Know-How – Válvulas de alivio de presión

En la búsqueda de métodos adecuados para mitigar o aun prevenir los golpes de ariete, hay algunas cosas que deben considerarse de antemano. Lo abordamos con las siguientes preguntas:

¿Qué es un golpe de ariete y cuándo se produce un golpe de ariete?

¿Qué es un golpe de ariete?

Los golpes de ariete son cambios dinámicos de presión. Pueden producirse cuando la velocidad del flujo del fluido cambia bruscamente. La energía cinética del fluido se convierte en un cambio de presión. Esto puede adoptar la forma de un aumento o una disminución de la presión y puede ir tanto en la dirección del flujo como en contra de la dirección del flujo del sistema. El cambio de presión puede ser tan grande que se supere la presión máxima permitida en el sistema o que se produzca cavitación en el sistema debido a la reducción de presión.

Posibles daños según el tipo del golpe de ariete:

En el funcionamiento de las tuberías, los cambios de presión dinámicos son generalmente inevitables, pero deben mantenerse dentro de los límites permitidos. Las cargas de golpes de ariete inadmisibles pueden provocar daños importantes:

¿Cuándo se produce un golpe de ariete?

Los golpes de ariete en general

• Al arrancar y parar la bomba en funcionamiento normal
• Si el flujo se detiene abruptamente, por ejemplo, en caso de incendio o apagón
• Si una válvula de cierre se cierra de repente

Todos estos son casos en los que pueden producirse típicamente golpes de ariete. Y para ello, existen válvulas que remedian este problema.

Los golpes de ariete en la práctica

• Al arrancar las bombas por aceleración de la masa líquida  
• Rotura de la columna de líquido al parar las bombas 
• Parada abrupta de un líquido en movimiento mediante una válvula de cierre de acción rápida
• Cambio repentino de la dirección del flujo a través de válvulas magnéticas
• Cambio abrupto de la sección transversal de la tubería debido a estrechamientos y estrangulamientos  
• Las fluctuaciones transitorias de presión también pueden producirse en sistemas de tuberías con poca pendiente o inclinación 

Válvulas autoaccionadas de control anti-golpes de ariete

Estas válvulas funcionan independientemente de la energía auxiliar externa y no requieren piezas de control neumáticas o eléctricas adicionales. Por ello, son especialmente adecuadas para sistemas de bombeo, bombas de extracción, pozos profundos y lugares remotos de difícil mantenimiento, así como para sistemas antiguos.

Las válvulas industriales autoaccionadas típicas para aplicaciones con problemas de golpes de ariete son las llamadas válvulas de alivio de golpes de ariete SRV (surge relief valve) y las válvulas de alivio y anticipadoras de golpes de ariete SAV (surge anticipation valve).

En algunos casos, las válvulas de alivio de golpes de ariete pueden ser una alternativa económica a un tanque de expansión o a un depósito hidroneumático.

Funcionamiento de válvulas de control para aplicaciones con la problemática de golpes de ariete

Válvulas de alivio de golpes de ariete SRV (surge relief valve) se abren cuando se alcanza y supera la presión de ajuste para descargar el fluido del sistema y luego se cierran lentamente de forma controlada para no crear un golpe de ariete. Después de un apagón, que a menudo puede dar lugar a un pulso de presión rápido y abrupto, la SRV puede ser demasiado lenta para abrirse, razón por la cual la SRV suele utilizarse para aliviar los aumentos graduales de presión y proporcionar un control permanente de la sobrepresión en puntos críticos a lo largo de la tubería o en la línea de derivación en las bombas.

Válvulas anticipadoras de golpe de ariete SAV (surge anticipation valve) se abren cuando la presión alcanza y cae por debajo de la presión de ajuste inferior en previsión de un gran aumento posterior de la presión (presión de ajuste superior) hasta la atmósfera. De este modo, la SAV detecta primero la onda de baja presión, que es la típica para una parada de emergencia de la bomba (o en caso de un apagón), por lo que la SAV suele instalarse en un bypass de la bomba. Con la preapertura, la SAV ya está abierta cuando la onda de alta presión que regresa llega a la SAV. La detección de la sobrepresión de la onda de alta presión es necesaria para iniciar la apertura de la SAV. La SAV se cierra lentamente de forma controlada para no generar un golpe de ariete. La SAV es ligeramente más adecuada para los cambios bruscos de presión transitoria en comparación con la SRV, ya que puede reaccionar y abrirse más rápidamente.

Además de la SRV y de la SAV, se requiere una solución completa con  válvulas de venteo y purga y rompedores de vacio para compensar una onda de presión negativa que se manifiesta (por ejemplo, choques de cavitación) y para romper el vacío que se produce.

Know-How válvulas de venteo y purga     Know-How rompedores de vacio

Selección del tipo de válvula y del diámetro nominal 

Para que sus válvulas de alivio de presión (SRV + SAV) funcionen correctamente, deben estar diseñadas para adaptarse con precisión a su aplicación. La naturaleza del sistema es crucial para el diseño, por ejemplo, dependiendo de cuántas válvulas y bombas estén en funcionamiento, el caudal también variará.

Por regla general, las válvulas de alivio de presión se accionan a aproximadamente el 25% del caudal máximo de la tubería. Hay que prestar especial atención al caudal (valor K_vs) y a las presiones de respuesta.

Un sobredimensionamiento (SRV + SAV), un valor de K_vs excesivamente grande o una presión de ajuste inferior (SAV) incorrectamente seleccionada pueden liberar demasiado medio de servicio a la atmósfera en caso de un golpe de ariete y, por lo tanto, hacer imposible la recuperación de la presión del sistema, ya que la válvula permanece abierta hasta que no hay más diferencia de presión a través de la válvula. Esta pérdida de medio de servicio persistirá hasta que la tubería se haya vaciado, o la columna de líquido se romperá y posteriormente provocará elevadas subidas de presión cuando las columnas de líquido vuelvan a chocar (macrocavitación).

Por lo tanto, antes de diseñar las válvulas, recomendamos que un proveedor de servicios de ingeniería cualificado realice un análisis exhaustivo de los golpes de ariete. Si es necesario, discutiremos el análisis con usted y el proveedor de servicios y estaremos encantados de aconsejarle sobre la selección correcta de la válvula (SRV + SAV).

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Selección de los materiales

Las válvulas Mankenberg están disponibles en materiales como el acero inoxidable o el acero dúplex. Los elastómeros para las juntas tóricas y los sellos están diseñados para adaptarse a los requisitos del fluido y la temperatura de funcionamiento. 

Estanqueidad del asiento

Sin embargo, la SRV y la SAV no son dispositivos de cierre que garanticen un cierre hermético de la válvula. Pueden tener un índice de fuga en posición cerrada según la norma DIN EN 60534-4 y/o ANSI FCI 70-2 correspondiente a las clases de fuga III o V, opcionalmente IV.

Clase de fuga III (obturador con junta metálica) = 0,1 % del valor K_vs
Clase de fuga IV (obturador con junta de PTFE) = 0,01 % del valor K_vs
Clase de fuga V (obturador con junta blanda) = 1,8 x 10^-5 x Δp x D* [l/h]
*D = diámetro del asiento