Control de sobretensión
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El control de sobretensión es el uso de diferentes técnicas y equipos en un sistema hidráulico para prevenir cualquier ganancia excesiva de presión (también conocida como sobrepresión) que causaría que la presión del proceso hidráulico exceda la presión máxima de trabajo del equipo mecánico utilizado en el sistema. .
¿Qué es la oleada hidráulica?
Las sobretensiones hidráulicas se crean cuando la velocidad de un fluido cambia repentinamente y se vuelve inestable o transitoria. Las fluctuaciones en la velocidad del fluido son generadas por restricciones como el arranque / parada de una bomba , una válvulaapertura / cierre, o una reducción en el tamaño de la línea. Las sobretensiones hidráulicas se pueden generar en cuestión de segundos en cualquier lugar donde cambie la velocidad del fluido y puedan viajar a través de una tubería a una velocidad muy alta, dañando el equipo o causando fallas en las tuberías por sobrepresurización. Los sistemas de alivio de sobretensión absorben y limitan las sobrecargas de alta presión, evitando que las sobrecargas viajen a través del sistema hidráulico. Los métodos para controlar las sobretensiones hidráulicas incluyen la utilización de una válvula de alivio de sobretensión cargada con gas, válvulas de seguridad de presión con resorte, válvulas operadas por piloto, supresores de sobretensión y discos de ruptura.
Aplicaciones Típicas
Los productos de control de sobretensiones se han utilizado en muchas industrias para proteger la presión máxima de trabajo del sistema hidráulico durante décadas. Las aplicaciones típicas para equipos de alivio de sobretensiones son en tuberías en estaciones de bombeo , colectores de recepción en instalaciones de almacenamiento, control de contrapresión, carga / descarga marina, aplicaciones específicas del sitio donde el sistema de automatización genera aumentos de presión o cualquier ubicación considerada crítica por un ingeniero. empresa que realiza un análisis de sobretensión.
Supresores de sobretensión
Los supresores de sobretensión alivian las sobretensiones actuando como un amortiguador de pulsaciones . La mayoría de los supresores tienen un tanque de metal con una vejiga elástica interna . Dentro del tanque presurizan la parte superior de la vejiga con un gas comprimido mientras el producto llega al fondo del recipiente a presión. El gas en la vejiga suministra al sistema su punto de ajuste. Durante el funcionamiento normal, a medida que las condiciones del proceso comienzan a generar presión; la vejiga interna se contrae debido a la ganancia de presión, lo que permite que el líquido se mueva hacia el recipiente de presión del supresor de sobretensión, lo que agrega volumen a la ubicación. Este aumento de volumen físico evita que la presión suba a niveles peligrosos.
Ventajas:
- Velocidad de respuesta muy rápida.
- Pérdida cero de producto de la tubería debido a un evento de sobretensión.
- Se puede utilizar como supresor de sobretensión y como alivio de sobretensión.
Desventajas:
- Capacidad limitada de volumen para alivio de sobretensiones.
- El supresor de sobretensión debe estar lo más cerca físicamente posible del área donde se genera la sobretensión. Los supresores de sobretensión pueden llegar a ser muy grandes según el tamaño de la línea.
- Tiene una presión de trabajo máxima limitada.
Discos de ruptura
Un disco de ruptura , también conocido como disco de ruptura., disco de ruptura o diafragma de ruptura, es un dispositivo de alivio de presión que no se vuelve a sellar y que se usa una sola vez y que, en la mayoría de los usos, protege un recipiente a presión, equipo o sistema de sobrepresurización o condiciones de vacío potencialmente dañinas. Un disco de ruptura es una pieza de sacrificio porque tiene una membrana de un solo uso que falla a una presión diferencial predeterminada, ya sea positiva o al vacío. La membrana generalmente está hecha de metal, pero se puede usar casi cualquier material para adaptarse a una aplicación en particular. Los discos de ruptura brindan una respuesta instantánea (en milisegundos) a un aumento o disminución de la presión del sistema, pero una vez que el disco se ha roto, no se volverá a sellar. Debido al uso único de este disco, es necesario que alguien reemplace la placa una vez que se haya roto. Los dispositivos de un solo uso son inicialmente rentables,pero puede requerir mucho tiempo y trabajo si se cambia repetidamente.
Ventajas:
- Aísla el equipo de las condiciones del proceso, protegiéndolo hasta que sea necesario para un evento de alivio de sobretensión.
- Instalación rentable.
- Tiempo de respuesta muy rápido.
Desventajas:
- Un solo uso.
- Requiere tiempo de inactividad para reemplazar.
- Un disco de ruptura tiene solo un punto de ajuste.
- Liberación incontrolable de grandes cantidades de sustancias nocivas.
Válvulas de seguridad de presión con resorte
Las válvulas de seguridad de presión con resorte utilizan un resorte comprimido para mantener la válvula cerrada. La válvula permanecerá cerrada hasta que la presión del proceso exceda el punto de ajuste de la presión del resorte. La válvula se abrirá al 100% cuando se alcance el punto de ajuste y permanecerá abierta hasta que se alcance un cierto factor de purga. A menudo, la purga es un porcentaje del punto de ajuste, como el 20% del punto de ajuste. Eso significa que la válvula permanecerá abierta hasta que la presión del proceso disminuya al 20% por debajo del punto de ajuste de la válvula de alivio accionada por resorte.
Ventajas:
- Se abre al 100% cuando se alcanza el punto de ajuste.
- Fácil de instalar y mantener.
- Gran capacidad de caudal o valor Cv en servicio de gas.
Desventajas:
- Tiene un factor de purga inherente al diseño de la válvula.
- El resorte se endurece, lo que hace que el punto de ajuste se desplace con el tiempo.
- Puede liberar el producto a la atmósfera.
Válvulas de alivio de sobretensión
Las válvulas de alivio de sobretensión son conocidas por su rápida velocidad de respuesta, excelentes características de flujo y durabilidad en aplicaciones de alta presión. Las válvulas de alivio de sobretensión están diseñadas para tener un punto de ajuste ajustable que está directamente relacionado con la presión máxima de la tubería / sistema. Cuando el producto en la entrada de la válvula excede el punto de ajuste, obliga a la válvula a abrirse y permite que el exceso de sobretensión se purgue a un tanque de ruptura o se recircule a una tubería diferente. Entonces, en el caso de la oleada, la mayor parte de la presión se absorbe en el líquido y la tubería, y solo la cantidad de líquido que es necesaria para aliviar presiones de proporciones inseguras se descarga al tanque de alivio de sobrecarga. Algunos fabricantes de válvulas usan el estilo de pistón con un sistema de control de nitrógeno y plenums externos, mientras que otros utilizan tubos elastoméricos , pilotos externos o cámaras internas .
Válvulas operadas por piloto
Las válvulas de alivio de sobretensión operadas por piloto se usan típicamente para proteger tuberías que mueven productos de baja viscosidad como gasolina o diesel . Este estilo de válvula se instala aguas abajo de la bomba / válvula que crea la oleada. La válvula está controlada por una válvula piloto externa normalmente cerrada. El piloto se establecerá en el punto de ajuste deseado del sistema, con una línea de detección que corre hacia arriba de la válvula. Cuando las condiciones del proceso aguas arriba comienzan a exceder el punto de ajuste del piloto, la válvula comienza a abrirse y libera el exceso de presión hasta que se alcanza la presión correcta, lo que hace que la válvula se cierre.
Ventajas:
- No requiere energía
- Punto de ajuste ajustable
- Gran capacidad de flujo o valor Cv
Desventajas:
- Velocidad de respuesta más lenta.
- No se puede utilizar en aplicaciones de alta viscosidad.
- Pilot es sensible a cualquier tipo de partículas en el circuito de control.
Válvulas de alivio de sobretensión cargadas con gas
Las válvulas de alivio de sobretensión cargadas por gas de estilo pistón operan en el diseño de pistón equilibrado y se pueden usar en una variedad de aplicaciones porque pueden manejar productos de alta y baja viscosidad mientras mantienen una velocidad de respuesta rápida. Un gas inerte, más comúnmente nitrógeno, se carga en la parte posterior del pistón forzando el cierre de la válvula. La presión de nitrógeno en la parte posterior del pistón es en realidad lo que determina el punto de ajuste de las válvulas. Estas válvulas permanecerán cerradas hasta que la presión de entrada exceda el punto de ajuste / presión de nitrógeno, momento en el cual la válvula se abrirá desde la alta presión y permanecerá abierta mientras la presión del proceso esté por encima de la presión de nitrógeno. Una vez que la presión del proceso comienza a decaer, la válvula comenzará a cerrarse. Una vez que la presión del proceso está por debajo del nitrógeno presión, la válvula se cerrará de nuevo.
Ventajas:
- Rápida velocidad de respuesta con cierre suave para evitar generar un segundo evento de sobretensión.
- Puede utilizarse en productos de alta viscosidad como el petróleo crudo.
- Buenas características de flujo (Cv)
- Sin reventón, se reinicia en el punto de ajuste.
Desventajas:
- Tan repetible como el sistema que controla la presión de nitrógeno.
- El rendimiento se ve muy afectado por cualquier restricción en la línea de gas entre la válvula de alivio y el tanque plenum.
- Muchos fabricantes recomiendan rebajar el plenum para lograr estabilidad de temperatura.
Válvula de alivio con carga de gas estilo bota de goma
Las válvulas de alivio cargadas con gas de estilo de bota de goma operan usando presión de nitrógeno cargada en el diámetro exterior de una bota de goma que cubre la ruta de flujo a través de la válvula de alivio. Siempre que la presión del proceso esté por debajo de la presión del nitrógeno, la válvula está cerrada. Tan pronto como la presión del proceso se eleva por encima de la presión del nitrógeno, el producto en la línea empuja la funda de goma lejos de la barrera y permite que el producto pase a través de la válvula. Cuando la presión del proceso desciende por debajo de la presión del nitrógeno, la válvula se cierra de nuevo.
Ventajas:
- Hay muchos tipos de elastómeros de caucho para diferentes tipos de productos.
- Rápida velocidad de respuesta cuando la bota de goma no está fría.
- Logra un sellado positivo incluso cuando hay pequeñas partículas en la línea.
Desventajas:
- La bota de goma se ve muy afectada por la temperatura, cuanto más baja es la temperatura, menos repetible es el punto de ajuste de la válvula de alivio.
- Las características de flujo deficientes (Cv bajo) requieren válvulas más grandes para lograr los índices de flujo deseados.
- Reemplazar la funda de goma requiere que la válvula sea removida de la línea para ser desmontada.
- Las válvulas de la generación actual tienen partes internas de metal y no usan botas de goma de generaciones anteriores.
Control de válvulas de alivio de sobretensión
Existen muchos enfoques diferentes para controlar el equipo de alivio de sobretensión. Todo comienza con la tecnología utilizada en la aplicación específica. Las válvulas de seguridad de presión accionadas por resorte y las válvulas operadas por piloto se controlan mecánicamente utilizando la presión de un resorte comprimido. Por lo general, hay un vástago de ajuste que permite ajustes menores en el punto de ajuste al comprimir o descomprimir el resorte. Este diseño está limitado por la presión que puede generar el resorte en la válvula.
Las válvulas de alivio cargadas con gas están controladas por la presión de nitrógeno cargada en la válvula de alivio. Si no hay control sobre la presión del nitrógeno, entonces el gas nitrógeno se expandirá y contraerá con la temperatura ambiente cambiante. A medida que la presión de nitrógeno se desplaza con la temperatura, también lo hace el punto de ajuste de la válvula de alivio.
La presión de nitrógeno se ha controlado tradicionalmente mediante reguladores mecánicos. Los reguladores están diseñados para operar en condiciones de flujo. Cuando se utiliza en el sistema plenum de extremo cerrado de una válvula de alivio de sobretensión, también debe realizar una función de encendido / apagado para corregir la expansión y contracción térmica. Al ser un dispositivo de control de presión diseñado para su uso en condiciones de flujo, no es adecuado para realizar la función de encendido / apagado necesaria en un sistema de extremo cerrado, como un plenum de válvula de alivio de sobretensión.
Otro problema común es que los reguladores deben operar fuera de sus límites de diseño al realizar las correcciones necesarias para la expansión y contracción térmica. El volumen de gas que se debe agregar o ventilar del sistema es tan pequeño que el regulador debe operar por debajo del umbral mínimo de su curva de rendimiento. Como resultado, se realizan correcciones inconsistentes a la presión del sistema que impactan el punto de ajuste de la válvula de alivio cargada con gas.
Un enfoque altamente preciso y confiable para controlar la presión de nitrógeno en una válvula de alivio de sobretensión cargada con gas es usar un sistema de control electrónico para agregar y ventilar la presión de nitrógeno de la válvula de alivio de sobretensión cargada con gas. Esta técnica asegura la precisión y repetibilidad del punto de ajuste requeridas necesarias en esta aplicación crítica.
Ver también
- Tanque de compensación
- Válvula de alivio de presión
- Valvula de seguridad
Referencias
- Hidráulica
- Plomería
