La instancia de una bomba CIP que no se apagó durante un procedimiento de limpieza regular provocó un aumento de la presión del tanque hermético de acero inoxidable. Mientras tanto, el operario estaba en otro lugar. El sistema de control aún no había encontrado el problema. Afortunadamente, se instaló un pequeño mecanismo accionado por resorte en el tanque para ayudar a evitar una explosión: la válvula de alivio de presión. La válvula se abrió a 80 psi, que es la presión establecida para ella, liberó una pequeña cantidad de líquido caliente y cáustico al desagüe y luego se cerró nuevamente a una presión más baja. Así, el tanque se mantuvo intacto. El lote se salvó y la válvula de 200 dólares salvó un tanque que costaba 40 veces más en el transcurso del proceso. Así es como funciona una válvula de alivio de presión. No es una herramienta de control. No es un controlador de flujo. Es un mecanismo automático que sirve como último baluarte entre el sistema y la descarga no regulada.
La función principal: Protección automática contra sobrepresión
La Válvula de Alivio de Presión (VAP) se considera un dispositivo de seguridad que se activa tan pronto como el nivel de presión en un sistema excede los límites previamente establecidos, permitiendo la descarga de un volumen suficiente de fluido para que la presión regrese a los niveles obligatorios. Para funcionar no necesita ninguna energía externa, incluyendo energía eléctrica, aire comprimido o señales de control, su principio de funcionamiento depende únicamente de la presión estática aguas arriba de la VAP. Así, la principal ventaja de la VAP es un mecanismo de funcionamiento simple que permite su operación incluso en caso de falla de la fuente de alimentación, avería del PLC y falta de cualquier supervisión.
La válvula sanitaria de alivio de presión cumple las mismas funciones en una línea de proceso sanitario, como un pasteurizador de productos lácteos, un tanque de fermentación de cervecería y un biorreactor farmacéutico, pero consta de materiales y acabados que cumplen todos los requisitos de limpieza in situ, drenaje y documentación. El cuerpo de la válvula está fabricado en acero inoxidable 316L. Las juntas están compuestas de polietileno, Viton o PTFE. Un casquillo Tri-Clamp es uno de los medios de conexión. Para una introducción más amplia a los requisitos de limpieza que rigen cada componente de un sistema higiénico, nuestro artículo sobre qué es un accesorio sanitario explica los principios de diseño que se aplican a las VAP y a todos los demás accesorios de la línea.
Cómo funciona una válvula de alivio de presión, paso a paso
El mecanismo de la válvula de alivio de presión es muy sencillo. Las partes importantes consisten en el cuerpo de la válvula, el disco o asiento que cierra contra el asiento, un resorte que mantiene el disco cerrado y el tornillo ajustable que ajusta la presión del resorte, determinando así la presión de apertura. Cuando la presión está por debajo del punto de ajuste, la fuerza del resorte es mayor que la fuerza de la presión, por lo que el disco permanece en el asiento. Si la presión es igual al punto de ajuste, la fuerza de la presión se vuelve mayor que la fuerza del resorte, lo que permite que el disco abandone el asiento y que el fluido pase a través de la válvula hacia la salida. Una vez que el volumen de fluido es suficiente para que la presión descienda por debajo de la presión de cierre, que es aproximadamente un porcentaje menor que la presión de ajuste, el resorte vuelve a colocar el disco en el asiento.
En una aplicación de servicio de gas o vapor, una válvula de alivio de presión se abre rápidamente con un "pop" y proporciona la máxima capacidad de descarga tan pronto como se iguala el punto de ajuste. Por el contrario, donde se aplica el servicio de líquidos, la apertura es menos abrupta, porque los líquidos no se pueden comprimir, y la operación debe ser más gradual para evitar el golpe de ariete. La válvula de seguridad de alivio tiene características de ambos tipos y, por lo tanto, es aplicable a operaciones en las que coexisten líquidos y gases (o vapores). Los requisitos de diseño y prueba para este tipo de válvulas se especifican en el Código de Calderas y Recipientes a Presión de ASME y, para válvulas sanitarias, las Normas Sanitarias 3-A, junto con materiales detallados de fabricantes como Swagelok.
Dónde debe y dónde no debe ir una válvula de alivio de presión
Una válvula de alivio de presión debe instalarse en cualquier punto de un sistema cerrado donde la presión supere la presión máxima de trabajo admisible (MAWP) del recipiente, la tubería o el equipo conectado. Los lugares más comunes en las instalaciones de procesos higiénicos donde se suelen instalar las válvulas de alivio de presión son la parte superior del recipiente con camisa de vapor o calentado por CIP, el lado de descarga de una bomba de desplazamiento positivo que podría atascarse y cualquier tubería aislada que pueda aislarse mediante dos válvulas cerradas y luego calentarse, ya que la expansión térmica del líquido dentro de una tubería cerrada produce alta presión sin la existencia de un espacio de vapor para amortiguarla.
Una válvula de alivio no debe considerarse un sustituto ni de la válvula de control ni de un controlador de presión. Los controladores de presión facilitan el flujo de fluidos en condiciones normales de funcionamiento, mientras que la válvula de alivio puede permanecer inactiva en el proceso de automatización durante mucho tiempo. Además, la válvula de alivio no es lo mismo que una válvula de retención, ya que está diseñada para aliviar la presión en una sola dirección.
La regla del 3% y otras consideraciones de tamaño
La correcta selección de una válvula de alivio de presión incluye la correspondencia de la presión de ajuste, la capacidad de alivio y el tamaño de la conexión de la válvula con el sistema que se protege. La presión de ajuste debe ser igual o inferior a la presión máxima de trabajo admisible (MAWP) de la parte más débil del sistema. La capacidad de alivio de la válvula (la cantidad de fluido que se puede liberar a la presión de ajuste) debe ser mayor que el flujo máximo posible al sistema protegido desde todas las fuentes, como bombas, calefacción y reacciones químicas.
Existe un requisito de que la caída de presión del recipiente a la válvula debe ser inferior al 3% de la presión de ajuste cuando la válvula está en pleno funcionamiento. Esto se denomina regla del 3% y es una regla común en la ingeniería de seguridad de procesos que se requiere en muchas normas, incluida la API 520. Si la pérdida de presión supera el 3%, la válvula comenzará a vibrar (funcionando con una apertura y cierre rápidos), lo que causará daños al asiento y al resorte y reducirá su capacidad de alivio efectiva. En el caso de que la válvula se instale en una aplicación sanitaria (la válvula está montada en una boquilla pequeña), la aplicación de la regla del 3% se logra fácilmente. En las instalaciones con líneas de entrada largas, la pérdida de presión debe calcularse y tenerse en cuenta al dimensionar la línea de entrada.
En qué se diferencia una VAP sanitaria de una VAP industrial
Una válvula de alivio de presión sanitaria se asemeja a su versión industrial en apariencia y construcción. Sin embargo, las características internas difieren mucho para garantizar la capacidad de limpieza y una mayor resistencia a la corrosión que la válvula de alivio de presión estándar. El cuerpo de una VAP sanitaria está hecho de acero 316L en lugar de acero 304 para resistir los productos químicos ácidos, cáusticos, clorados o de otros tipos involucrados en los ciclos de esterilización.
Todas las superficies en contacto con el producto están electropulidas hasta una rugosidad media de 20-32 micropulgadas para eliminar cualquier posible irregularidad microscópica que pueda albergar bacterias. Además, la válvula utiliza una conexión de férula Tri-Clamp que garantiza una conexión suave y bien sellada que se puede desmontar en cuestión de segundos para su inspección. Otra característica importante de una válvula sanitaria es que el resorte suele estar hecho de un tipo especial de acero adecuado para su uso en aplicaciones de alta pureza, que además está aislado de los flujos con la ayuda de un diafragma hecho de elastómero o PTFE.
Qué ocurre cuando una válvula de alivio de presión falla
Hay dos maneras en que una válvula de alivio de presión puede fallar y ambas son peligrosas. Primero, puede fallar en abrirse cuando alcanza su presión de ajuste —esto se llama falla de "atascado-cerrado"— lo que significa que el sistema no tiene protección contra la sobrepresión. La razón típica de esta falla es la corrosión o la acumulación en el asiento de la válvula, o podría ser que el ajuste del resorte haya sido bloqueado. Segundo, hay una fuga.
La VAP puede abrirse prematuramente o no cerrarse herméticamente después de un evento de alivio. Esto puede ocurrir debido a daños en el asiento, rayado del disco o fatiga del resorte. En el caso de un proceso sanitario, las VAP con fugas también pueden considerarse vías de contaminación, permitiendo que el aire o líquido no esterilizado entre en el sistema cuando se supone que la válvula está cerrada. Por lo tanto, el único medio para prevenir estas fallas es realizar inspecciones y pruebas regulares de las VAP. Las VAP deben revisarse visualmente al menos una vez al año y, si es necesario, retirarse para pruebas de banco o reemplazarse de acuerdo con los estándares de producción y los requisitos indicados en el sistema de calidad de la planta.
Preguntas frecuentes
¿Qué sucede cuando una válvula de alivio de presión se daña?
Si una válvula de alivio de presión falla, podría estar en una posición cerrada e incapaz de liberar presión o causar una fuga, lo que resultaría en pérdida de producto, contaminación y pérdida de presión, entre otros problemas. Es fundamental que cualquier válvula que se haya abierto en el escenario real y que esté obviamente corroída o dañada sea reemplazada o reparada de inmediato.
¿Qué es la regla del 3% para las válvulas de alivio de presión?
Según la directriz del 3%, la caída de presión no recuperable de la tubería de entrada entre el recipiente protegido y la VAP debe permanecer dentro del 3% de la presión de ajuste de la VAP cuando la válvula está completamente abierta. Si se supera este límite, esto podría provocar la vibración de la válvula, dañando el asiento y reduciendo su capacidad de alivio.
¿Debe estar abierta o cerrada una válvula de alivio de presión?
Las válvulas de alivio de presión deben mantenerse cerradas en circunstancias normales, abriéndose solo cuando la presión interna del sistema haya alcanzado su valor preestablecido. Si se descubre que la válvula gotea o se filtra en circunstancias normales, se considera que ha "fallado", lo que indica que debe repararse o reemplazarse.
¿Cuánto durará una válvula de alivio de presión?
Una VAP correctamente dimensionada, instalada correctamente en un ambiente limpio y no corrosivo, podría durar de 10 a 20 años o más, asumiendo que se revisa regularmente y no está sujeta a frecuentes instancias de ruptura. En un proceso higiénico caracterizado por el uso de tecnología CIP/SIP, se podría esperar una vida útil de 5 a 10 años, después de lo cual la válvula debería cambiarse o restaurarse por razones preventivas. Los sellos hechos de material elastomérico tienen una calidad de vida considerablemente más corta y deben cambiarse de acuerdo con el programa de vida útil influenciado por la exposición química y térmica.
Referencias
- Swagelok — Válvulas de alivio de presión. Fabricante de válvulas de alivio de presión industriales y de alta pureza, con datos de ingeniería detallados sobre la presión de ajuste, la presión de reasentamiento y la capacidad de flujo.
- Alfa Laval — Válvulas sanitarias de alivio de presión. Fabricante de VAP higiénicas para aplicaciones lácteas, alimentarias y farmacéuticas, con certificación 3‑A y EHEDG.
- Código de Calderas y Recipientes a Presión de ASME, Sección VIII. El estándar que define el dimensionamiento, la selección y la instalación de dispositivos de alivio de presión en recipientes a presión.
- Normas sanitarias 3-A — Dispositivos de alivio de presión. La norma sanitaria que rige el diseño, los materiales y la capacidad de limpieza de las VAP utilizadas en el procesamiento de lácteos y alimentos.
Una válvula de alivio de presión hace una cosa, y lo hace sin energía, sin una señal y sin que nadie la observe. Se abre cuando la presión es demasiado alta y se cierra cuando la presión es segura. Esa única y simple función protege los recipientes de la ruptura, las tuberías de la explosión y a las personas de las consecuencias de una descarga presurizada. En una línea de proceso higiénico, la válvula debe hacer todo eso y, al mismo tiempo, ser completamente limpiable, totalmente drenable y estar fabricada con materiales que resistan los mismos productos químicos de limpieza agresivos que protegen el producto. Eagle Fittings suministra válvulas de alivio de presión sanitarias que cumplen esos estándares, con la trazabilidad de los materiales y los datos de acabado de superficie que convierten un dispositivo de seguridad en una parte auditable y certificable del proceso.
