Válvulas industriales
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- Válvulas industriales
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Válvulas industriales
Principales tipos de válvulas en la industria del petróleo y el gas.
A. Válvula de compuerta
- Función: Aislamiento de encendido/apagado (no para limitación de velocidad).
- Diseño: Una compuerta deslizante (cuña o cuchilla) se mueve hacia arriba/abajo para bloquear el flujo.
- Aplicaciones:
- Tuberías de alta presión (ASME Clase 600+).
- Transporte de petróleo crudo y gas natural.
- Ventajas:
- Baja caída de presión cuando está completamente abierto.
- Sellado bidireccional.
- Desventajas:
- Funcionamiento lento, no apto para uso frecuente.
- Propenso a la erosión si está parcialmente abierto.
B. Válvula de bola
- Función: Apagado rápido o control de flujo (accionamiento mediante cuarto de vuelta).
- Diseño: Una bola giratoria con un orificio (lleno/perforado) se alinea con la trayectoria del flujo.
- Tipos:
- Válvula de bola flotante – Para baja/media presión.
- Válvula de bola con montaje de muñón – Para alta presión (API 6D).
- Aplicaciones:
- Aislamiento de tuberías, estaciones de limpieza de tuberías.
- GNL, gas ácido (materiales resistentes a la corrosión).
- Ventajas:
- Funcionamiento rápido, sellado hermético.
- Requiere poco mantenimiento.
- Desventajas:
- Riesgo de cavitación en caídas de alta presión.
C. Válvula de globo
- Función: Regulación del caudal y del flujo.
- Diseño: Un tapón (disco) se mueve perpendicularmente al flujo, ajustando la abertura.
- Aplicaciones:
- Control de presión, estaciones de medición.
- Sistemas de agua de refrigeración y gas combustible.
- Ventajas:
- Control preciso del flujo.
- Buena capacidad de apagado.
- Desventajas:
- Alta caída de presión.
- Más pesadas que las válvulas de compuerta/bola.
D. Válvula de retención (Válvula antirretorno - NRV)
- Función: Evita el reflujo.
- Tipos:
- Válvula de retención oscilante: el disco articulado se abre con el flujo.
- Válvula de retención de elevación: el disco se eleva verticalmente (mejor para alta presión).
- Válvula de retención de doble placa: compacta y de cierre rápido (API 6D).
- Aplicaciones:
- Descarga de bombas, estaciones compresoras.
- Oleoductos submarinos.
- Ventajas:
- No requiere operación manual.
- Protege el equipo del flujo inverso.
- Desventajas:
- Riesgo de golpe de ariete si el cierre es demasiado lento.
Válvula de mariposa E.
- Función: Encendido/apagado o regulación del caudal en grandes tuberías.
- Diseño: Un disco giratorio controla el flujo (ligero, compacto).
- Tipos:
- Tipo oblea: se sujeta entre bridas.
- Tipo de orejeta: atornillado para servicio de extremo muerto.
- Aplicaciones:
- Gasoductos y tuberías de agua a baja presión.
- Sistemas de protección contra incendios.
- Ventajas:
- Bajo costo, fácil instalación.
- Funcionamiento rápido.
- Desventajas:
- No apto para altas presiones/temperaturas.
- Sellado limitado en comparación con las válvulas de bola.
Válvula de tapón F.
- Función: Encendido/Apagado o desvío del flujo.
- Diseño: Un tapón cilíndrico o cónico gira para abrirse/cerrarse.
- Aplicaciones:
- Lodos, fluidos corrosivos.
- Control de la cabeza del pozo.
- Ventajas:
- Fugas mínimas, opciones multipuerto.
- Desventajas:
- Se requiere un par de torsión elevado para tamaños grandes.
G. Válvula de alivio de presión (VAP) / Válvula de seguridad
- Función: Protege las tuberías de la sobrepresión.
- Tipos:
- Válvula de alivio de presión con resorte: presión de ajuste regulable.
- Válvula de alivio de presión operada por piloto – Para sistemas de alta capacidad.
- Aplicaciones:
- Tanques de almacenamiento, calderas.
- Estaciones compresoras.
Normas internacionales para la fabricación de válvulas
Las válvulas en la industria del petróleo y el gas deben cumplir con estrictas normas de seguridad y rendimiento:
A. API (Instituto Americano del Petróleo)
- API 6D – Válvulas para tuberías (de compuerta, de bola y de retención).
- API 600 – Válvulas de compuerta de acero con bonete atornillado.
- API 598 – Inspección y prueba de válvulas.
- API 6A – Válvulas de cabezal de pozo y árbol de Navidad.
B. ASME (Sociedad Estadounidense de Ingenieros Mecánicos)
- ASME B16.34 – Clasificaciones de presión para válvulas de acero.
- ASME B16.10 – Dimensiones cara a cara.
C. ISO (Organización Internacional de Normalización)
- ISO 14313 – Equivalente a API 6D (válvulas para tuberías).
- ISO 10434 – Válvulas de compuerta de acero con bonete atornillado.
D. MSS (Sociedad de Normalización de Fabricantes)
- MSS SP-44 – Bridas de tubería de acero.
- MSS SP-61 – Ensayo hidrostático.
E. NACE (Resistencia a la corrosión)
- NACE MR0175/MR0103 – Válvulas para servicio con sulfuro de hidrógeno (H₂S).
F. EN (Normas Europeas)
- EN 593 – Válvulas de mariposa.
- EN 12516 – Diseño de la carcasa a presión.
Selección de materiales para válvulas
| Material | Aplicación | Limitaciones |
| Acero al carbono | Servicio general (WCB, LCB) | No apto para fluidos corrosivos |
| Acero inoxidable | Corrosivo, alta temperatura (CF8M, 316) | Caro |
| Acero dúplex | Plataformas marinas, gas ácido (UNS S31803) | Alto coste |
| Aleación 20 | Ambientes ácidos (Carpenter 20) | Disponibilidad limitada |
| Titanio | Agua de mar, cloruros | Coste muy elevado |
Conclusión
- Las válvulas de compuerta y de bola predominan en las tuberías de alta presión.
- Las válvulas de retención evitan el reflujo en los sistemas de bomba/compresor.
- Las válvulas de globo se utilizan para un control preciso del flujo.
- Las normas API 6D y ASME B16.34 son estándares clave para las válvulas de petróleo y gas.
Principales pruebas para el control de calidad de válvulas industriales
Para garantizar la fiabilidad, la seguridad y el cumplimiento de las normas internacionales, las válvulas industriales se someten a rigurosas pruebas de control de calidad. A continuación, se detallan las principales pruebas que se realizan durante la fabricación e inspección de las válvulas.
1. Pruebas estándar de válvulas (API 598, ISO 5208, ASME B16.34)
A. Prueba de la carcasa (Prueba de presión)
- Finalidad: Comprueba si el cuerpo y la tapa de la válvula presentan fugas o defectos estructurales.
- Procedimiento:
- Presurice el cuerpo de la válvula con agua (o aire/gas) a 1,5 veces la presión nominal (por ejemplo, 2250 psi para una válvula de 1500#).
- Mantener pulsado durante un tiempo determinado (normalmente ≥30 segundos).
- Criterios de aceptación: No debe haber fugas ni caídas de presión visibles.
B. Prueba del asiento (Prueba de sellado)
- Finalidad: Garantiza un sellado hermético del disco/bola contra el asiento.
- Procedimiento:
- Para válvulas de baja presión (Clase 150-600): Aire o nitrógeno a 60-100 psi.
- Para válvulas de alta presión (Clase 900+): Prueba hidrostática a 1,1 veces la presión nominal.
- Tipos:
- Prueba de doble bloqueo y purga (DBB): Comprueba los asientos tanto aguas arriba como aguas abajo.
- Prueba de asiento único: Para válvulas unidireccionales (por ejemplo, válvulas de retención).
- Criterios de aceptación: Fuga máxima permitida según API 598/ISO 5208 (por ejemplo, 0 burbujas/min para válvulas de asiento blando).
C. Prueba del asiento trasero (Prueba del sello del vástago)
- Finalidad: Verifica el sellado del vástago cuando la válvula está completamente abierta.
- Procedimiento:
- Abra la válvula completamente y presurice el bonete a 1,1 veces la presión nominal.
- Criterios de aceptación: No debe haber fugas más allá del empaque del vástago.
D. Prueba de gas a alta presión (opcional para servicio crítico)
- Finalidad: Garantizar la seguridad en los gasoductos (por ejemplo, gas natural, hidrógeno).
- Procedimiento:
- Realizar la prueba con helio o nitrógeno a 1,1 veces la presión de trabajo.
- Detectado mediante espectrómetro de masas o prueba de burbujas de jabón.
- Criterios de aceptación: Tasa de fuga
2. Pruebas funcionales y de rendimiento
A. Prueba de par de funcionamiento
- Objetivo: Garantizar un funcionamiento suave sin aplicar fuerza excesiva.
- Procedimiento:
- Mida el par necesario para abrir/cerrar utilizando una llave dinamométrica.
- Criterios de aceptación: Dentro de los límites especificados por el fabricante.
B. Prueba criogénica (para válvulas de GNL, -196 °C)
- Objetivo: Validar el rendimiento en condiciones de frío extremo.
- Procedimiento:
- Enfríe la válvula con nitrógeno líquido y, a continuación, realice las pruebas de asiento y carcasa.
- Normas: BS 6364, ISO 28921.
C. Prueba de fuego (API 607/API 6FA)
- Finalidad: Garantizar la integridad de la válvula durante la exposición al fuego.
- Procedimiento:
- Exponga la válvula a una llama de 760 °C (1400 °F) durante 30 minutos y, a continuación, realice la prueba de asiento.
- Criterios de aceptación: Sin fugas (los asientos blandos pueden derretirse, pero los asientos metálicos deben sellar herméticamente).
D. Prueba de emisiones fugitivas (ISO 15848, API 624, TA-Air).
- Finalidad: Comprueba si hay fugas de COV (compuestos orgánicos volátiles) en los sellos del vástago.
- Procedimiento:
- Detección de helio o metano en las uniones del vástago y el cuerpo.
- Criterios de aceptación:
- ISO 15848 Clase AH/BH (≤50 ppm).
- API 624 (≤100 ppm).
3. Materiales y ensayos no destructivos (END)
A. Ensayo de penetración de tintes (PT)
- Finalidad: Detecta grietas superficiales en válvulas fundidas o soldadas.
- Procedimiento:
- Aplicar tinte fluorescente e inspeccionar bajo luz ultravioleta.
- Normas: ASTM E165, ASME Sec V.
B. Prueba de partículas magnéticas (MT)
- Objetivo: Detectar defectos subsuperficiales en materiales ferromagnéticos.
- Procedimiento:
- Magnetizar la pieza, aplicar partículas de hierro.
- Normas: ASTM E709, ASME Sec V.
C. Ensayo ultrasónico (UT)
- Finalidad: Detecta defectos internos (porosidad, inclusiones).
- Procedimiento:
- Las ondas sonoras de alta frecuencia miden el espesor del material.
- Normas: ASME Sec V, ASTM E317.
D. Prueba radiográfica (TR)
- Finalidad: Inspección por rayos X de soldaduras y piezas fundidas.
- Procedimiento:
- Utiliza imágenes de rayos X o rayos gamma.
- Normas: ASME Sec VIII, ASTM E94.
E. Ensayo de dureza (Brinell/Rockwell)
- Objetivo: Asegurar que el material cumpla con los requisitos de resistencia.
- Procedimiento:
- Prueba de indentación en el cuerpo, vástago y asientos de la válvula.
- Normas: ASTM E10, ASTM E18.
4. Inspección final y documentación
- Verificación dimensional: Comprueba la cara de la brida, el tamaño del orificio y las conexiones de los extremos.
- Marcado y etiquetado: Cumplimiento con API 6D, ASME B16.34.
- Certificación: Informe de prueba de fábrica (MTR), NACE MR0175 (si corresponde).
Conclusión
Las válvulas industriales se someten a pruebas de carcasa, asiento, respaldo y funcionamiento para garantizar un funcionamiento hermético. Las aplicaciones críticas (GNL, gas ácido) requieren pruebas criogénicas, de resistencia al fuego y de emisiones fugitivas. Los métodos de ensayos no destructivos (PT, MT, UT, RT) validan la integridad del material.
Estándares clave:
- API 598 (Pruebas de válvulas)
- ISO 5208 (Fugas en válvulas industriales)
- API 6D (Válvulas para tuberías)
- ASME B16.34 (Prueba de presión)
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