Una válvula no necesariamente se vuelve "buena" simplemente porque se cierre.
En los sistemas industriales de tuberías, la cantidad de fluido que puede pasar por una válvula cerrada puede ser un requisito ingeniero importante. Dependiendo de la aplicación, puede ser aceptable una pequeña cantidad de fuga, mientras que otros servicios requieren un cierre extremadamente hermético.
Por eso las especificaciones de válvulas suelen incluir términos como Fugas de asiento, cierre cerrado, Clase de fugas, y Pruebas de fugas.
Estos términos están relacionados, pero no son intercambiables.
Una especificación de proyecto que simplemente dice "fuga cero" también puede crear ambigüedad si no identifica el método de prueba aplicable, la presión, el medio, la temperatura, la dirección de la prueba y los criterios de aceptación.
Para ingenieros, contratistas y compradores, comprender los requisitos de fugas de válvulas ayuda a evitar especificaciones desajustadas y costes innecesarios. También facilita mucho la interpretación de los resultados de pruebas e inspecciones en fábrica.
Esta guía explica qué significa fuga en el asiento de la válvula, cómo funcionan las clases de fuga, qué afecta al rendimiento del corte y cómo especificar adecuadamente una válvula.
La fuga en el asiento de la válvula es el flujo que pasa por el mecanismo de cierre de la válvula cuando se pretende que la válvula esté cerrada.
Para una válvula de aislamiento típica, el elemento de cierre puede ser:
Cuando la válvula está cerrada, las superficies de sellado están destinadas a restringir el flujo.
En la práctica, las superficies de sellado no siempre son perfectamente impermeables.
La fuga aceptable depende del diseño de la válvula y de la norma o especificación aplicable.
Es importante distinguir Fugas internas del asiento de Fuga externa.
La fuga interna ocurre a través de la válvula cerrada desde el lado aguas arriba hasta el lado aguas abajo.
La fuga externa ocurre en zonas como:
Estos son diferentes modos de fallo y pueden estar regulados por distintos requisitos.
El nivel aceptable de fuga depende mucho de la aplicación.
Considera varios ejemplos.
Una válvula de aislamiento de agua de refrigeración puede tolerar una pequeña velocidad de fuga de prueba sin afectar al proceso.
Una válvula que aísla un químico tóxico puede requerir un contención mucho más estricta.
Una válvula de aislamiento de vapor puede necesitar un cierre fiable para evitar la transferencia de calor y proteger a los trabajadores.
Una válvula de control de proceso puede tener una clase de fuga de asiento especificada porque el proceso aguas abajo requiere un rendimiento de aislamiento predecible.
Una válvula utilizada para el servicio de gases peligrosos puede requerir especial atención tanto a fugas internas como externas.
Por tanto, el requisito correcto de fuga es un Requisito del sistema, no simplemente una función de marketing de válvulas.
Para ciertas válvulas de control, las clases de fuga se utilizan comúnmente para definir la fuga permitida en el asiento bajo condiciones de prueba estandarizadas.
Un sistema ampliamente referenciado es ANSI/FCI 70-2, que categoriza la fuga en el asiento de la válvula de control desde requisitos más bajos hasta requisitos más estrictos.
Los criterios exactos de aceptación dependen de la clase aplicable y del procedimiento de examen.
La idea clave es sencilla:
Una clase de fuga más alta generalmente representa un requisito de apretado al asiento más exigente.
Sin embargo, la clase de fuga nunca debe interpretarse como una clasificación universal de todas las válvulas.
Una válvula de bola, una válvula de compuerta, una válvula mariposa y una válvula globo pueden probarse bajo diferentes normas y procedimientos según su aplicación prevista.
Por lo tanto, especificar solo una clase de fuga sin identificar el estándar rector puede generar confusión.
Existe la idea errónea común de que un tipo concreto de válvula garantiza automáticamente un rendimiento específico de fuga.
No es así.
El rendimiento del asiento de las válvulas depende de detalles de diseño que incluyen:
Por ejemplo, dos válvulas del mismo tamaño y tipo nominal pueden tener diferentes construcciones de asiento y, en consecuencia, distintas capacidades de corte.
Por eso una hoja técnica de válvula debe evaluarse en lugar de basarse únicamente en la categoría genérica de válvulas.
Una de las consideraciones más importantes en el rendimiento del cierre es la construcción de los asientos.
Los asientos blandos utilizan materiales de sellado no metálicos como polímeros o elastómeros adecuados.
Cuando se seleccionan correctamente, los asientos blandos pueden ofrecer un cierre muy hermético.
Se utilizan comúnmente en aplicaciones donde:
Sin embargo, los materiales blandos tienen limitaciones de temperatura, compatibilidad química y mecánica.
Un asiento blando que rinde extremadamente bien a temperatura moderada puede no ser adecuado para un servicio a altas temperaturas.
Los asientos metálicos utilizan superficies metálicas de sellado.
Pueden ser ventajosas para condiciones exigentes de temperatura, presión o abrasividad donde los materiales blandos pueden no ser adecuados.
Sin embargo, lograr un cierre extremadamente hermético con contacto metal con metal puede requerir geometría, acabado superficial, carga y calidad de fabricación cuidadosamente controlados.
Por tanto, las válvulas con asiento metálico no son simplemente válvulas "menos apretadas". A menudo se seleccionan porque las condiciones de servicio requieren un sistema de sellado más robusto.
Varias condiciones de funcionamiento pueden alterar el rendimiento real de fugas.
La diferencia de presión a través de la válvula cerrada afecta a las fuerzas que actúan sobre el elemento de cierre y el asiento.
No se debe asumir automáticamente que una válvula que supere una prueba de fuga concreta en una condición de presión específica produzca el mismo resultado en todas las condiciones de funcionamiento.
La temperatura puede cambiar las dimensiones y propiedades mecánicas de los componentes de la válvula.
Los materiales de asiento blando pueden expandirse, contraerse, endurecerse, ablandarse o cambiar de comportamiento según la temperatura y el entorno químico.
Los componentes metálicos también experimentan expansión térmica.
Para un servicio a altas temperaturas, por tanto, deben considerarse los requisitos de fuga junto con los límites de presión-temperatura de la válvula.
El medio de ensayo y el fluido de proceso real no son necesariamente equivalentes.
La fuga de gas, por ejemplo, puede ser más difícil de contener que la fuga de líquido porque los gases tienen una viscosidad mucho menor y pueden pasar por caminos muy pequeños.
La toxicidad por fluidos, la inflamabilidad, la corrosividad y el impacto ambiental también pueden hacer que pequeñas fugas sean significativas desde el punto de vista operativo.
Las partículas atrapadas entre un asiento y un elemento de cierre pueden impedir un contacto adecuado.
Esto es especialmente importante en sistemas de fluidos limpios, sistemas de proceso con sólidos y aplicaciones donde las válvulas permanecen cerradas durante períodos prolongados.
Una válvula mecánicamente capaz de cerrar herméticamente puede no lograrlo si los restos dañan u obstruyen sus superficies de sellado.
El ciclo repetido puede afectar gradualmente las superficies de sellado.
La gravedad depende del diseño de la válvula y de las condiciones de servicio.
Partículas abrasivas de alta velocidad, fluidos corrosivos y una regulación incorrecta pueden acelerar el desgaste.
Un resultado de fuga solo tiene significado cuando se comprenden las condiciones de la prueba.
Una especificación de prueba de válvula puede definir:
Por tanto, una afirmación como "probado para fuga cero" es incompleta por sí sola.
Para la adquisición e inspección, el proyecto debe identificar el estándar de ensayo aplicable y los criterios de aceptación.
API, ASME, ISO y otras normas cubren diferentes tipos de válvulas y requisitos de ensayo. El estándar correcto depende de la válvula y la aplicación.
Por ejemplo, la Especificación API 6D establece requisitos para ciertas válvulas de tuberías y oleoductos utilizadas en las industrias del petróleo y el gas natural. Los compradores deberían usar la edición correspondiente y verificar el alcance exacto en lugar de tratar la API 6D como un estándar universal de prueba de válvulas.
Una prueba hidrostática generalmente utiliza líquido, comúnmente agua, para evaluar la integridad que contiene la presión.
Se centra principalmente en el límite de presión más que en demostrar lo mismo que en una prueba de fuga de asiento.
Una válvula puede pasar una prueba de presión corporal y aun así tener una fuga inaceptable en el asiento.
Una prueba de asiento evalúa si la válvula cerrada cumple con la fuga permitida especificada bajo condiciones definidas.
Esta es la prueba más directamente asociada con el rendimiento del apagado interno.
Esto evalúa el cuerpo que contiene la presión y el límite de presión asociado.
No debe confundirse con la capacidad de la válvula para proporcionar un cierre hermético.
El gas puede utilizarse para ciertas pruebas cuando sea apropiado, pero las pruebas neumáticas pueden implicar mayores riesgos de energía almacenada que las pruebas hidrostáticas.
Los procedimientos aplicables y los controles de seguridad deben ser establecidos por los equipos responsables de ingeniería y seguridad.
"Fuga cero" suena preciso, pero en ingeniería puede ser ambiguo.
Ninguna prueba física puede demostrar que una válvula real permite literalmente que ninguna molécula cruce la interfaz de sellado bajo todas las condiciones de funcionamiento posibles.
En cambio, los estándares definen criterios de aceptación medibles.
Por ejemplo, una prueba puede establecer una tasa de fuga permitida por debajo de un umbral especificado.
Esta distinción es importante porque dos proveedores pueden anunciar "fuga cero" utilizando procedimientos de prueba o criterios de aceptación diferentes.
Por tanto, una especificación profesional de válvula debería identificar:
Esto crea ambigüedad.
En su lugar, especifica el estándar aplicable y el criterio de aceptación.
Una prueba exitosa de presión-límite no demuestra automáticamente un cierre hermético.
Estas pruebas tienen diferentes propósitos.
Una tasa de fuga aceptable para agua puede ser inaceptable para un químico o gas peligroso.
Deben considerarse las consecuencias de una fuga.
Los materiales blandos tienen límites de servicio definidos.
La temperatura del proceso debe comprobarse en relación con el material real del asiento y los datos del fabricante.
La válvula debe evaluarse bajo las condiciones de presión que realmente experimentará.
Diferentes categorías de válvulas e industrias utilizan distintos estándares.
El estándar aplicable debe identificarse antes de la contratación.
Una válvula puede cumplir con un requisito de fuga ajustada y aun así ser inadecuada por:
El rendimiento de fuga es una parte de la selección de válvulas, no todo el proceso de selección.
Un enfoque práctico es clasificar la aplicación según las consecuencias de la fuga.
Para servicios ordinarios de agua de servicios públicos o similares, criterios extremadamente estrictos de fugas pueden no aportar suficiente valor adicional para justificar un coste sustancialmente mayor.
Para fluidos de proceso, la estanqueidad requerida depende de la sensibilidad del proceso, las condiciones de funcionamiento y las consecuencias de la migración del fluido.
Donde las fugas podrían exponer al personal o al medio ambiente a sustancias peligrosas, los requisitos de contención se vuelven mucho más importantes.
Las fugas en el vástago y el cuerpo externo pueden ser tan importantes como las fugas internas en el asiento.
La temperatura puede eliminar ciertas opciones de asiento blando e influir en la selección tanto de los materiales de sellado como de la construcción de las válvulas.
Las fugas de gas pueden ser especialmente importantes porque los gases pueden escapar por caminos muy pequeños.
Por tanto, deberían evaluarse las consecuencias de la fuga en lugar de aplicar una especificación genérica de servicio líquido.
Una válvula destinada principalmente al aislamiento debe evaluarse de manera diferente a una válvula destinada a regulación continua.
Para una válvula de aislamiento, las preguntas principales pueden incluir:
Para una válvula de control, el ingeniero puede necesitar considerar adicionalmente:
Esta es una de las razones por las que una afirmación general como "se requiere cierre hermético" no es suficiente para definir una aplicación de válvula de control.
El aumento de la fuga suele ser una señal temprana de que algo en el sistema o la válvula ha cambiado.
Las posibles causas incluyen:
El personal de mantenimiento no debe asumir inmediatamente que cambiar la válvula es la única solución.
Primero determina si la fuga es causada por la propia válvula, el actuador, las condiciones de instalación o la contaminación del proceso.
Por ejemplo, los residuos atrapados entre una bola y el asiento pueden producir fugas incluso cuando la válvula originalmente podía cerrarse herméticamente.
Epic Valve Lista de verificación práctica para el mantenimiento de válvulas Proporciona orientación adicional sobre prácticas de inspección y mantenimiento.
Cuando el proceso lo permite, la filtración o los coladores pueden ayudar a reducir la cantidad de residuos dañinos que entran en componentes sensibles de la válvula.
Una selección adecuada Colador puede proteger equipos y válvulas aguas abajo de partículas.
No elijas una válvula solo porque sea barata o esté fácilmente disponible.
La construcción de la válvula debe coincidir con la presión, temperatura, química del fluido, contenido de sólidos y frecuencia de operación.
Las válvulas diseñadas principalmente para aislamiento pueden no funcionar bien cuando se operan de forma continua en posiciones intermedias.
La alta velocidad y turbulencia resultantes pueden acelerar los daños en el asiento y los trimes.
Un actuador debe proporcionar suficiente fuerza o par para cerrar la válvula en las condiciones reales de funcionamiento.
Una válvula adecuada puede no lograr un cierre fiable si el actuador no está mal dimensionado o ajustado.
Una alineación incorrecta, un esfuerzo excesivo en la tubería, la contaminación o un atornillado incorrecto pueden afectar al rendimiento de las válvulas.
La instalación debe seguir los requisitos del fabricante de la válvula y los procedimientos de tuberías del proyecto.
Al solicitar una válvula donde la estanqueidad del asiento sea importante, proporciona tanta información como sea posible:
| Requisito | Información a especificar |
|---|---|
| Función de la válvula | Aislamiento, control, no retorno, etc. |
| Fluido | Agua, gas, vapor, productos químicos, lodos, etc. |
| Caudal | Mínimo, normal y máximo cuando corresponda |
| Presión | Presión aguas arriba, aguas abajo y diferencial |
| Temperatura | Temperatura normal y máxima de funcionamiento |
| Tamaño de la válvula | DN/NPS |
| Clasificación de presión | Clase/clasificación de presión aplicable |
| Material de la carrocería | Compatibilidad de materiales o servicios requeridas |
| Material del asiento | Asiento blando o metálico, según corresponda |
| Requisito de fuga | Estándar/clase aplicable |
| Medio de prueba | Líquido o gas según especifique |
| Documentación de pruebas | Requisitos de certificado o informe de prueba |
| Conexión | Brida, roscada, soldada, oblea, oblea, etc. |
| Actuación | Manual, neumática, eléctrica u otra |
| Requisitos especiales | Servicio peligroso, emisiones, higiene, diseño seguro contra incendios, etc. |
Esta información proporciona al fabricante de válvulas una base mucho mejor para seleccionar un diseño adecuado.
La fuga en el asiento de la válvula es la cantidad de fluido que pasa por una válvula cuando su elemento de cierre está destinado a cerrarse.
En ingeniería práctica, "fuga cero" normalmente significa que la fuga está por debajo del límite medible o permitido definido por el estándar de ensayo aplicable. El método exacto de prueba y el criterio de aceptación siempre deben especificarse.
Un requisito de fuga más estricto puede ser ventajoso para una aplicación que necesita un cierre más sólido, pero no significa automáticamente que la válvula sea mejor para cada servicio.
Los asientos blandos pueden ofrecer un cierre muy ajustado, pero la selección depende de la temperatura, presión, compatibilidad química, sólidos, desgaste y otras condiciones de servicio. Los asientos metálicos pueden ser preferibles en entornos exigentes.
Sí. Una prueba de presión de cuerpo o carcasa evalúa la integridad presión-frontera. No es equivalente a una prueba de fuga de asiento.
Las causas comunes incluyen desgaste, contaminación, erosión, corrosión, superficies de sellado dañadas, problemas con los actuadores o funcionamiento fuera de las condiciones de servicio previstas de la válvula.
El mantenimiento de válvulas puede implicar presión almacenada, fluidos peligrosos, vapor, productos químicos, energía neumática, energía eléctrica y otros riesgos.
Antes de dar servicio al equipo, la instalación responsable debe seguir sus procedimientos aplicables de control de energía peligrosa.
OSHA Control de Energía Peligrosa y requisitos de Bloqueo/Etiquetado Explica la importancia de aislar la energía peligrosa antes de las actividades de mantenimiento y mantenimiento cubiertos.
Una válvula cerrada no debe considerarse automáticamente como prueba de que un sistema es seguro para abrir. El aislamiento, despresurización, verificación y procedimientos específicos del lugar siguen siendo esenciales.
La fuga de válvulas debe tratarse como un requisito de ingeniería y no como una afirmación vaga del producto.
La pregunta correcta no es simplemente si una válvula se anuncia como "fuga cero"."Las preguntas más útiles son:
Una vez definidos estos requisitos, ingenieros y compradores pueden tomar decisiones mucho mejores sobre el tipo de válvula, la construcción del asiento, las pruebas, los materiales y el mantenimiento.
Una especificación bien redactada de la válvula debería hacer que el rendimiento de corte requerido sea medible y verificable. Este enfoque reduce la ambigüedad entre el equipo de ingeniería, el contratista, el inspector y el proveedor de válvulas, y en última instancia mejora la fiabilidad del sistema completo de control de fluidos.
