El principio de funcionamiento de la válvula de seguridad (Primera parte)
Aválvula de seguridad Es un dispositivo de protección para calderas, recipientes a presión y tuberías a presión. Se utiliza para evitar que la presión en el equipo a presión supere el valor admisible de diseño, protegiendo así la seguridad del equipo y de sus operadores. Dado que la válvula de seguridad puede funcionar sin depender de ninguna fuente de energía externa, se utiliza a menudo como el último dispositivo de protección para equipos a presión. Por lo tanto, su función no puede ser sustituida por otros dispositivos de protección.
Cuando la presión del medio en el equipo presurizado aumenta anormalmente por alguna razón y alcanza el valor preestablecido, la válvula de seguridad se abre automáticamente y se descarga para evitar que la presión aumente. Cuando la presión del medio disminuye debido a la descarga de la válvula de seguridad y alcanza otro valor predeterminado, la válvula se cierra automáticamente para evitar que el medio se descargue. Cuando la presión del medio se encuentra en la presión normal de trabajo, la válvula permanece cerrada y sellada. Los siguientes son ejemplos comunes de válvulas de seguridad de resorte de carga directa. válvulas de seguridad operadas por piloto Para ilustrar mejor el principio de funcionamiento de las válvulas de seguridad, la Figura 1 muestra el principio de funcionamiento de una válvula de seguridad de gas convencional accionada por resorte, cuyo funcionamiento se basa en el equilibrio de fuerzas. En condiciones normales de funcionamiento, la presión de entrada es inferior a la presión de tarado; el disco de la válvula presiona el asiento de la válvula bajo la acción de la fuerza del resorte, y la válvula se encuentra en estado cerrado o sellado. Figura 1(a)
Figura 1 Principios de funcionamiento de las válvulas de seguridad de gas
En este momento, la fuerza elástica F que actúa sobre el disco es: F = pA + Fs. P es la presión del medio (MPa). A representa el área de presión en el disco (mm²). Fs representa la fuerza adicional para el sellado descendente del disco y el asiento de la válvula (N). La fuerza de presión Fs del disco sobre la superficie de sellado del asiento de la válvula garantiza el sellado requerido. En funcionamiento normal, la válvula de seguridad está cerrada, y la fuerza ascendente del disco de la válvula de seguridad bajo la acción de la presión del sistema es menor que la fuerza elástica descendente del disco de la válvula. La diferencia es la fuerza de sellado adicional Fs; es decir, a medida que aumenta la presión del sistema, la presión específica de sellado de la válvula de seguridad se reduce gradualmente.
Cuando la presión de entrada del sistema es igual a la presión de ajuste del válvula de seguridadLa fuerza del resorte es igual a la fuerza del medio de entrada que actúa sobre el disco cerrado, y la fuerza entre el disco y el asiento de la válvula es cero. Cuando la presión de entrada es ligeramente superior a la presión de ajuste, el medio fluye a través de la superficie del asiento de la válvula y entra en la cámara de acumulación de presión "B". Como resultado del efecto de estrangulamiento entre la placa de retroceso y el anillo regulador, la presión en la cámara de acumulación de presión "B" aumenta (Figura 1b). Dado que la presión de entrada actúa sobre un área mayor en este momento, se crea una fuerza adicional, generalmente llamada fuerza de expansión, para superar la fuerza del resorte. Al ajustar el anillo de ajuste, se puede ajustar el tamaño del espacio del paso de flujo anular para controlar la presión en la cámara de acumulación de presión "B". En este momento, la presión controlada en la cámara de acumulación superará la fuerza del resorte, provocando que el disco de la válvula se separe del asiento de la válvula. válvula de seguridad La válvula se abre. Una vez abierta, se genera una presurización adicional en "C" (Figura 1c). Esto se debe al aumento repentino del flujo y al estrangulamiento en un canal de flujo anular delimitado por el borde interior del faldón del disco de retroceso y el diámetro exterior del anillo de ajuste. Estas fuerzas adicionales en la parte "C", incluida la fuerza de retroceso, harán que el disco de la válvula alcance una altura de apertura suficiente al abrirse.
El flujo siempre está restringido por el ángulo de apertura entre el asiento y el disco de la válvula hasta que la altura de apertura del disco desde el asiento se acerca a 1/4 del diámetro de la garganta. Cuando el disco alcanza esta altura de apertura, el flujo se controla por el área del canal de flujo de la garganta, en lugar de por la superficie entre las superficies del asiento. La presión de entrada ha descendido por debajo de la presión de tarado, de modo que la fuerza del resorte es suficiente para superar la suma de las tres fuerzas "A", "B" y "C"; la válvula se cierra. La figura 2 muestra la presión de tarado de la válvula (A en la figura).
Figura 2 Relación típica entre la altura de apertura del disco de la válvula de seguridad y la presión del sistema protegido
Cuando la presión del medio en el equipo presurizado aumenta anormalmente por alguna razón y alcanza el valor preestablecido, la válvula de seguridad se abre automáticamente y se descarga para evitar que la presión aumente. Cuando la presión del medio disminuye debido a la descarga de la válvula de seguridad y alcanza otro valor predeterminado, la válvula se cierra automáticamente para evitar que el medio se descargue. Cuando la presión del medio se encuentra en la presión normal de trabajo, la válvula permanece cerrada y sellada. Los siguientes son ejemplos comunes de válvulas de seguridad de resorte de carga directa. válvulas de seguridad operadas por piloto Para ilustrar mejor el principio de funcionamiento de las válvulas de seguridad, la Figura 1 muestra el principio de funcionamiento de una válvula de seguridad de gas convencional accionada por resorte, cuyo funcionamiento se basa en el equilibrio de fuerzas. En condiciones normales de funcionamiento, la presión de entrada es inferior a la presión de tarado; el disco de la válvula presiona el asiento de la válvula bajo la acción de la fuerza del resorte, y la válvula se encuentra en estado cerrado o sellado. Figura 1(a)
Figura 1 Principios de funcionamiento de las válvulas de seguridad de gas
En este momento, la fuerza elástica F que actúa sobre el disco es: F = pA + Fs. P es la presión del medio (MPa). A representa el área de presión en el disco (mm²). Fs representa la fuerza adicional para el sellado descendente del disco y el asiento de la válvula (N). La fuerza de presión Fs del disco sobre la superficie de sellado del asiento de la válvula garantiza el sellado requerido. En funcionamiento normal, la válvula de seguridad está cerrada, y la fuerza ascendente del disco de la válvula de seguridad bajo la acción de la presión del sistema es menor que la fuerza elástica descendente del disco de la válvula. La diferencia es la fuerza de sellado adicional Fs; es decir, a medida que aumenta la presión del sistema, la presión específica de sellado de la válvula de seguridad se reduce gradualmente.
Cuando la presión de entrada del sistema es igual a la presión de ajuste del válvula de seguridadLa fuerza del resorte es igual a la fuerza del medio de entrada que actúa sobre el disco cerrado, y la fuerza entre el disco y el asiento de la válvula es cero. Cuando la presión de entrada es ligeramente superior a la presión de ajuste, el medio fluye a través de la superficie del asiento de la válvula y entra en la cámara de acumulación de presión "B". Como resultado del efecto de estrangulamiento entre la placa de retroceso y el anillo regulador, la presión en la cámara de acumulación de presión "B" aumenta (Figura 1b). Dado que la presión de entrada actúa sobre un área mayor en este momento, se crea una fuerza adicional, generalmente llamada fuerza de expansión, para superar la fuerza del resorte. Al ajustar el anillo de ajuste, se puede ajustar el tamaño del espacio del paso de flujo anular para controlar la presión en la cámara de acumulación de presión "B". En este momento, la presión controlada en la cámara de acumulación superará la fuerza del resorte, provocando que el disco de la válvula se separe del asiento de la válvula. válvula de seguridad La válvula se abre. Una vez abierta, se genera una presurización adicional en "C" (Figura 1c). Esto se debe al aumento repentino del flujo y al estrangulamiento en un canal de flujo anular delimitado por el borde interior del faldón del disco de retroceso y el diámetro exterior del anillo de ajuste. Estas fuerzas adicionales en la parte "C", incluida la fuerza de retroceso, harán que el disco de la válvula alcance una altura de apertura suficiente al abrirse.
El flujo siempre está restringido por el ángulo de apertura entre el asiento y el disco de la válvula hasta que la altura de apertura del disco desde el asiento se acerca a 1/4 del diámetro de la garganta. Cuando el disco alcanza esta altura de apertura, el flujo se controla por el área del canal de flujo de la garganta, en lugar de por la superficie entre las superficies del asiento. La presión de entrada ha descendido por debajo de la presión de tarado, de modo que la fuerza del resorte es suficiente para superar la suma de las tres fuerzas "A", "B" y "C"; la válvula se cierra. La figura 2 muestra la presión de tarado de la válvula (A en la figura).
Figura 2 Relación típica entre la altura de apertura del disco de la válvula de seguridad y la presión del sistema protegido
