REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA INSTITUTO UNIVERSITARIO DE TECNOLOGIA DE ADMINISTRACION INDUSTRIAL EXTENSIÓN PUERTO LA CRUZ AMPLIACION PUERTO PIRITU
MODIFICACIÓN DE LA ESTRUCTURA DEL DISEÑO DE UN BANCO DE CALIBRACIÓN DE VÁLVULAS DE SEGURIDAD Y/O ALIVIO PSV DESDE ¾ HASTA 4 PULGADAS PARA SU USO EN EL LABORATORIO DE TECNOLOGÍA INSTRUMENTISTA DEL I.U.T.A. AMPLIACIÓN PUERTO PÍRITU, DEL ESTADO PRÁCTICAS ANZOÁTEGUI, EN FUNCIÓN A LAS
Elaborado por: ÁLVAREZ C. JUAN C. I. Nº 19.456.000 HERNÁNDEZ G. PEDRO C. I. Nº 18.567.905
Trabajo especial de grado presentado como requisito para optar al título de Técnico Superior Universitario en la especialidad de Tecnología Instrumentista.
Puerto Píritu, Febrero de 2014
REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA INSTITUTO UNIVERSITARIO DE TECNOLOGÍA DE ADMINISTRACIÓN INDUSTRIAL EXTENSIÓN PUERTO LA CRUZ AMPLIACIÓN PUERTO PÍRITU
MODIFICACIÓN DE LA ESTRUCTURA DEL DISEÑO DE UN BANCO DE CALIBRACIÓN DE VÁLVULAS DE SEGURIDAD Y/O ALIVIO PSV DESDE ¾ HASTA 4 PULGADAS PARA SU USO EN EL LABORATORIO DE TECNOLOGÍA INSTRUMENTISTA DEL I.U.T.A. AMPLIACIÓN PUERTO PÍRITU, DEL ESTADO ANZOÁTEGUI, EN FUNCIÓN A LAS PRÁCTICAS
TUTOR ACAD MICO Prof. García Félix
AUTORES: ÁLVAREZ C. JUAN C. I. Nº 19.456.000 HERN NDEZ G. PEDRO C. I. Nº 18.567.905
Puerto Píritu, Febrero de 2014
MODIFICACIÓN DE LA ESTRUCTURA DEL DISEÑO DE UN BANCO DE CALIBRACIÓN DE VÁLVULAS DE SEGURIDAD Y/O ALIVIO PSV DESDE ¾ HASTA 4 PULGADAS PARA SU USO EN EL LABORATORIO DE TECNOLOGÍA INSTRUMENTISTA DEL I.U.T.A. AMPLIACIÓN PUERTO PÍRITU, DEL ESTADO ANZOÁTEGUI, EN FUNCIÓN A LAS PRÁCTICAS
REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA INSTITUTO UNIVERSITARIO DE TECNOLOGÍA DE ADMINISTRACIÓN INDUSTRIAL EXTENSIÓN PUERTO LA CRUZ AMPLIACIÓN PUERTO PÍRITU
Especialidad: Tec. Instrumentista. MODIFICACIÓN DE LA ESTRUCTURA DEL DISEÑO DE UN BANCO DE CALIBRACIÓN DE VÁLVULAS DE SEGURIDAD Y/O ALIVIO PSV DESDE ¾ HASTA 4 PULGADAS PARA SU USO EN EL LABORATORIO DE TECNOLOGÍA INSTRUMENTISTA DEL I.U.T.A. AMPLIACIÓN PUERTO PÍRITU, DEL ESTADO ANZOÁTEGUI, EN FUNCIÓN A LAS PRÁCTICAS Autores: ÁLVAREZ JUAN C. HERNÁNDEZ G.C.PEDRO C. I.I. Nº Nº 19.456.000 18.567.905
Resumen El presente trabajo tiene como intención modificar la estructura del diseño de un banco de calibración de válvulas de seguridad y/o alivio PSV desde ¾ hasta 4 pulgadas para su uso en el Laboratorio de Tecnología Instrumentista del I.U.T.A. ampliación Puerto Píritu, del estado Anzoátegui, en función a las prácticas” Basada en una investigación interactiva, con un diseño de campo con basamento documental, donde la unidad de estudio es el Laboratorio de Tecnología Instrumentista, la población corresponde a la unidad de análisis y el instrumento que se aplicó es la matriz registro y una guía de observación estructurada. Cabe destacar que el logro de esta investigación implantar el Banco de Calibración de Válvulas de Seguridad con el fin deesfacilitar las prácticas industriales y que el estudiante pueda adquirir ideas y conocimientos para mejorar el perfil académico así como la preparación profesional que ofrece el instituto .
INTRODUCCIÓN
En el proceso de transporte de gas natural por gasoducto se encuentran ubicadas estaciones compresoras cuyo objetivo es aumentar la presión del gas para que éste pueda llegar con suficiente fuerza a sus diferentes puntos de distribución. La estación compresora debe estar dise ñada de tal manera que el personal y los equipos
de trabajo cuenten con las óptimas
condiciones de seguridad. Una de las formas en que se ayuda a proteger al personal es mediante la implementación de un sistema de alivio, el cual tiene como principal fin evitar que un equipo presurizado exceda su límite de presión previniendo as í posibles situaciones peligrosas que pueden ser causadas por errores en las condiciones de operación, condiciones espec íficas atmosféricas las cuales pueden ocasionar daños materiales y humanos. El sistema de alivio de presión comienza en las tuberías que comunica a un equipo, el cual se quiere proteger con una v álvula de seguridad, está integrado por los dispositivos de alivio que se conectan a un cabezal principal por medio de tuberías de descarga. El cabezal principal drena a un tambor donde se separa el l íquido condensado y de donde la fase gaseosa finalmente se envía a la tea para ser quemados. En la industria constituye una situación normal la utilización de sistemas que operan a presión. Reactores, calderas, recalentadores, tanques de almacenamiento, tuberías y demás aparatos a presión, pueden verse 5
sometidos a presiones superiores a la de diseño, con el consiguiente riesgo de explosión, pudiendo causar graves consecuencias tanto para las personas como para las instalaciones cercanas. Para prevenir este riesgo se instalan en estos equipos válvulas de seguridad, que permitan por medio de la descarga del fluido contenido, aliviar el exceso de presión. Así, las válvulas de seguridad constituyen un elemento clave de seguridad utilizado ampliamente en la industria y exigido reglamentariamente, por lo que es importante entender adecuadamente su funcionamiento y sus limitaciones. La siguiente investigación se realizó de una manera documental y de conocimiento descriptivo el cual se llevará a cabo mediante el siguiente orden estructural:
CAPITULO I. EL PROBLEMA: en este segmento se presentará el planteamiento del problema, delimitación, justificación e importancia y finalmente los objetivos de la investigación.
CAPITULO II. MARCO TEÓRICO: acá se expondrán los antecedentes de la investigación, las bases teóricas y legales la definición de términos operativos del campo de instrumentación y la operacionalización de la variable.
CAPITULO III. MARCO METODOLÓGICO: a este nivel de la investigación se manifestarán el diseño y el tipo de investigación, así como la unidad de análisis, las técnicas e instrumentos para la recolección de datos y la bibliografía.
CAPITULO IV. DISCUSIÓN DE RESULTADOS: aquí se desarrollan paso a paso los objetivos específicos los objetivos específicos.
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CAPITULO V. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES: Se presenta un sumario de sugerencias en relación a la importancia del Trabajo especial de Grado, las recomendaciones y anexos.
CAPITULO VI. DISEÑO DE LA PROPUESTA: En este capítulo se presenta de forma detallada la propuesta en referencia.
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DEDICATORIA
Ante todo a Dios, por ser el guía de mi vida, otorgarme el conocimiento necesario para enfrentarme a los retos y salir adelante. A mi padre ALÍ HERNÁNDEZ, quien es la luz que ilumina mi vida, un hombre realmente increíble, quien con su ejemplo me ha enseñado que todo se puede, que nunca es tarde para estudiar y que la vida siempre golpea pero que depende de uno y de las ganas de luchar, levantarse y continuar, a él mi más sinceras gracias. A mi bella esposa FANNY CALLAMO, por ayuda, recomendaciones y por apoyarme en los momentos duros, por ser mi guía, por aguantarme y muchas cosas más es que siempre la amaré y espero que juntos vivamos muchos logros académicos además de éste.
Pedro Hernández
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AGRADECIMIENTOS
Primero que todo a Dios, por darme sabiduría y paciencia en los momentos en los que quise tirar la toalla, gracias a él se puede todo. A mis compañeras de pasantías y estudios ROSE MARY y YULEXI, por sus comentarios y buenos consejos en los momentos requeridos. Al Prof. ALEJANDRO PRADO y la Prof. MARIANA SANTAMARÍA, por ser mis guías, brindarme sus conocimientos y recomendaciones, las veces que lo necesité siempre tuvieron tiempo para escucharme, gracias por sus consejos. A la Prof. EVELIN VILLALONGA, por ser como una madre y facilitarme este camino difícil pero no imposible para el estudiante. Al Prof. FÉLIX GARCÍA, quien siendo el Tutor Académico, brindo parte de su tiempo a orientarme e indicarme los pormenores de este proyecto, por su enseñanza, gracias. Al Instituto Universitario de Administración Industrial I.U.T.A; por ser parte de mi formación profesional, a sus autoridades por creer en mí, y permitir realizar en sus instalaciones mi pasantías laborales. A mi tutor BRAULIO GONZÁLEZ, por sus sabios consejos y recomendaciones con respecto al trabajo realizado en el laboratorio.
Pedro Hernández
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DEDICATORIA
A mama Graciela castillo, que a pesar de todo nunca perdió las esperanzas en mí y nunca me abandonó en los momentos más difíciles. Muchísimas gracias mama por darme la vida y por tenerme tanta paciencia, por darme siempre el ejemplo, por el cariño y el apoyo que me has dado, A mis hermosos, mi tía Marbella, el resto de mi familia y mis amigos que siempre me apoyaron en todo momento
Juan José Félix Álvarez catillo
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AGRADECIMIENTOS
Le doy las gracias de todo corazón principalmente a Dios, por haberme dado las fuerzas para seguir adelante a pesar de las adversidades y todos los errores cometidos, por escuchar mis plegarias, por darme a la familia que tengo. Agradezco a mi buen amigo Juan Cortez por ayudarme a aclarar mis dudas con respeto a la tesis y a las válvulas de seguridad de las cuales es especialista como Tec. Instrumentista y al personal de FLUITEC C.A. por brindarme la oportunidad de poder observar el proceso de mantenimiento y calibración de las válvulas de seguridad en su taller. A mi tutor Félix García, que con su paciencia ha sabido guiarme en este proceso de desarrollo del trabajo especial de grado También le doy un muy sincero agradecimiento al Prof. Prado, a la Prof.
Evelyn Villalonga y a mi coordinador de carrera Braulio González, quienes me ayudaron cuando lo necesite y de verdad, quizás no recordaran lo que hicieron por mí pero yo si lo tendré presente. Gracias al Instituto Universitario de Administración Industrial I.U.T.A por brindarme la oportunidad de ejercer mi carrera y por el aprendizaje adquirido en su instituto
Juan José Félix Álvarez catillo
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ÍNDICE Introducción .................................................................................................... 5 Dedicatoria .................................................................................................... viii Agradecimientos .............................................................................................ix Índice ............................................................................................................. xii Índice de Figuras .......................................................................................... 14 Índice de Tablas............................................................................................ 15 CAPÍTULO I .................................................................................................. 16 El Problema .................................................................................................. 16 1.1 Planteamiento de Problema, Justificación e Importancia ........................ 17 1.2 Justificación e importancia...................................................................... 20 CAPÍTULO II ................................................................................................. 23 MARCO TEÓRICO ....................................................................................... 23 2.1.- Antecedentes de la Investigación. ........................................................ 24 2.2.- Bases Teóricas ..................................................................................... 26 2.2.1 Válvulas de Seguridad .................................................................. 26 2.2.2 Clasificación de las Válvulas de Seguridad .................................. 27 2.2.3 Tipos de Válvulas de Seguridad Zaes y Materiales ...................... 28 2.2.4 Medidas de Seguridad .................................................................. 32 2.2.5 Conceptos de Operación de las Válvulas de Seguridad ............... 35 2.3
BASES LEGALES ........................................................................ 37
2.4. Definición de Términos Operativos ........................................................ 44 2.5 Operacionalización de la Variable ........................................................... 45 3.1 Diseño de Investigación .......................................................................... 47 3.2 Tipo de Investigación .............................................................................. 48
3.3 Unidad de Análisis .................................................................................. 48 3.4 Poblacion y Muestra ............................................................................... 49 3.5 Técnicas e Instrumentos para la recolección de datos .......................... 49 CAPITULO IV................................................................................................ 53 Discusión de Resultados .............................................................................. 53 CAPITULO V................................................................................................. 65 Conclusiones ................................................................................................ 66 Recomendaciones ........................................................................................ 68 CAPITULO VI................................................................................................ 69 Diseño de la Propuesta ................................................................................. 69 Referencias Bibliográficas ............................................................................ 71 ANEXOS ....................................................................................................... 72
ÍNDICE DE FIGURAS Figura Nº 1. Válvula Seguridad Escape Conducido con Palanca ................. 29 Figura N°2. Diseño de un Banco de Calibración de Válvulas de Seguridad y/o Alivio PSV desde ¾ hasta 4 pulgadas .......................................................... 70
ÍNDICE DE TABLAS Tabla N° 1. Operacionalización de las variables. Fuente: Álvarez J. y Hernández P. . 45 Tabla N° 2 Especificaciones de tolerancia de presión según el código ASME ............ 60 Tabla N° 3. Bridas de 300 Lbs. según la norma ASMEB16.5-1996........................... 62
CAPÍTULO I EL PROBLEMA
1.1 Planteamiento de Problema, Justificación e Importancia Actualmente se concibe un conjunto de procesos industriales, donde existe la presencia de vapores a altas temperaturas y presiones. Para mantener presiones adecuadas de funcionamiento se requieren dispositivos que regulen automáticamente los niveles de trabajo deseados. Las irregularidades que acontecen son propias de las reacciones químicas, desperfectos en las bombas o compresores, o de las cambiantes condiciones del medio. Para regular estos cambios y mantener una condición estable es que se utilizan las válvulas de seguridad. El riesgo significativo de los equipos a presión es la liberación violenta de la presión, en su uso deben reunir una serie de características técnicas y de seguridad requeridas en las disposiciones legales que les son de aplicación con la acreditación y sellado pertinente. Los operadores encargados de vigilar, supervisar, conducir y mantener los aparatos a presión deben estar adecuadamente instruidos en el manejo de los equipos y ser conscientes de los riesgos que puede ocasionar una falsa maniobra o un mal mantenimiento. Al hablar de válvulas de seguridad se asocia con calderas y éstas a su vez son señal de energía térmica. Cuando dos cuerpos a diferentes temperaturas se ponen en contacto, el caliente comunica energía al frío; el tipo de energía que se cede de un cuerpo a otro como consecuencia de una diferencia de temperaturas es precisamente la energía térmica. Se trata de una magnitud que no se puede medir en términos absolutos, pero es posible, sin embargo, determinar sus variaciones. En el control automático de los procesos industriales, la válvula de seguridad juega un papel muy importante en el proceso de regulación. Por tratarse de una válvula se compone de un cuerpo que contiene en su interior el obturador y los asientos y está provisto de rosca o de bridas para conectar
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la válvula a la tubería. El obturador es quien realiza la función de control de paso del fluido y puede actuar en la dirección de su propio eje o bien tener un movimiento rotativo, además está unido a un vástago que pasa a través de la tapa del cuerpo. El obturador determina la característica de caudal de la válvula, es decir, la relación que existe entre la posición del obturador y el caudal de paso del fluido. El conocimiento práctico que deben poseer los estudiantes y obviamente los profesionales de la tecnología instrumentista requiere de suspicacia, destreza intelectual y manual para solucionar problemas que presenten ciertos instrumentos en el campo, es así como en el laboratorio de tecnología instrumentista del IUTA se procura impartir prácticas de calibración, análisis de lazos de control, elaboración de circuitos eléctricos o electrónicos, entre otras actividades, generando la necesidad de diseñar e implantar bancos de pruebas que permitan a estos estudiantes formarse y prepararse profesionalmente para el desempeño industrial. Actualmente el laboratorio no cuenta con un banco de calibración de PSV que permita forjar conocimientos con válvulas de seguridad y su importancia en el proceso de protección de la integridad física en las industrias petroleras, petroquímicas y afines o cualquier industria en donde se manejen altas presiones y temperaturas. Partiendo de esta inquietud y por la importancia del conocimiento, función, alcance y limitaciones de las válvulas de seguridad y su calibración surgió el diseño de un banco de prueba que se ha tomado como base para su implantación pero que ofrece algunos tipos de válvulas de difícil adquisición por lo que surge la interrogante:
¿Cómo se podrá mejorar y modificar el diseño propuesto de un banco de calibración de Válvulas de Seguridad y/o alivio PSV desde ¾
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hasta 4 pulgadas para su uso en el laboratorio de tecnología instrumentista del I.U.T.A. Ampliación Puerto Píritu, del Estado Anzoátegui, en función a las prácticas? Esta interrogante tiene como respuesta la búsqueda integral de componentes que cumplan con ciertas características adaptadas a la delimitación del espacio dentro del laboratorio de un banco de calibración de válvulas de seguridad que se formalice a través de un proceso de mantenimiento de verificación, revisión, desarme, limpieza, inspección y ensamblaje, para verificar la presión requerida por el operador o la data shift del dispositivo, posibles fugas entre otros factores que podrían afectar el buen funcionamiento de las PSVs.
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1.2 JUSTIFICACIÓN E IMPORTANCIA.
Los bancos de prueba de instrumentos de medición y control están diseñados para verificar, probar y calibrar diversos instrumentos tales como: transmisores de diferentes variables, manómetros, interruptores y/o conmutadores, entre otros. Para verificar un instrumento es necesario instalarlo al banco de pruebas o de ensayos. Al momento de calibrar un instrumento es necesario disponer de un patrón
de
mayor
o
igual
precisión
que
proporcione
el
valor
convencionalmente verdadero, el cual se empleará, para compararlo con la indicación del instrumento sometido a calibración. En éste sentido, se exige cada vez más, la utilización de técnicas de evaluación y chequeo con mayor potencia (más rigorosas) que permitan realizar un análisis exhaustivo de las instalaciones. Para mantener las presiones adecuadas de funcionamiento en recipientes o
instalaciones
presurizadas
se
usan
dispositivos
que
regulen
automáticamente los niveles de trabajo deseados. Las anomalías que ocurren son propias de las reacciones químicas, desperfectos en las bombas o compresores, o de las cambiantes condiciones del medio. Para regular estos cambios y mantener una condición estable es que se utilizan las válvulas de seguridad. El riesgo principal en equipos a presión es la liberación brusca de esta. Para poder ser utilizados deben reunir una acreditación y sellado pertinente. Los operadores encargados de vigilar, supervisar, conducir y mantener los aparatos a presión deben estar preparados para el manejo de los equipos y
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conocer
los
riesgos
que
pueden
ocasionar
una
manipulación
o
mantenimiento inadecuado. Por otro lado, la presión puede llegar a tener efectos directos o indirectos en el valor de las variables del proceso (como la composición de una mezcla en el proceso de destilación). En tales casos, su valor absoluto medio o controlado con precisión de gran importancia ya que afectaría la pureza de los productos poniéndolos fuera de especificación. En la institución no existe un Banco de Calibración de Válvulas de seguridad, más si propuestas para la implantación del mismo, por lo que para realizar los cambios presentados de estos trabajos anteriores, es necesario el análisis de los mismos, a través de este estudio que determina las debilidades y requerimientos del mismo. Al investigar sobre unas partes mecánicas que no precisamente hacen falta para la preparación del banco, se concibe la construcción del banco sin: uña de sujeción, reten tipo escalera, válvula check. Se considerará modificar la estructura presentada en trabajo anterior ya que el instituto posee algunas partes mecánicas que serán aprovechables, tomando en cuenta esos resultados se hizo necesaria y obvia la modificación de las propuestas establecidas en sondeos previos establecidos por compañeros en aporte a la institución.
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1.3 Objetivos de la investigación 1.3.1. Objetivo general: Modificar la estructura del diseño un banco de calibración de válvulas de seguridad y/o alivio PSV desde ¾ hasta 4 pulgadas para su uso en el laboratorio del Instituto Universitario de Tecnología de Administración Industrial I.U.T.A ampliación Puerto Píritu, del estado Anzoátegui, en función a las prácticas.
1.3.2 Objetivos específicos 1. Identificar las características técnicas del banco de calibración de válvulas de seguridad y/o alivio PSV desde ¾ hasta 4 pulgadas, presente en el Laboratorio de Tecnología Instrumentista. 2. Separar las partes mecánicas y eléctricas del banco de calibración de válvulas de seguridad y/o alivio PSV en relación a su operatividad. 3. Distinguir los dispositivos que formarán parte del banco de calibración de válvulas de seguridad y/o alivio PSV (partes mecánicas, eléctricas, neumáticas, entre otros). 4. Fundamentar los principios de funcionamiento del banco de calibración de válvulas de seguridad y/o alivio PSV utilizando las normas y especificaciones de los mecanismos involucrados 5. Modificar el diseño del banco de calibración de válvulas de seguridad y/o alivio PSV desde ¾ hasta 4 pulgadas en el Laboratorio de Tecnología Instrumentista del IUTA ampliación Puerto Píritu, del estado Anzoátegui, en función de las prácticas
CAPÍTULO II MARCO TEÓRICO
2.1.- ANTECEDENTES DE LA INVESTIGACIÓN. García Z. y Centeno, J. (2013) titularon su investigación: “Diseño de un
Banco de Calibración de Válvulas de Seguridad y/o Alivio Psv desde ¾ hasta 4 pulgadas para el Laboratorio de Tecnología Instrumentista del I.U.T.A. Ampliación Puerto Píritu”. Concluyeron: La elaboración de un diseño de banco de calibración de válvulas de seguridad permite a los alumnos de Tecnología Instrumentista y otras especialidades, capacitarse en dicha área así como familiarizarse con los elementos que conformaran el banco y su interacción entre sí, para un correcto funcionamiento. El conocimiento de las características y tipos de válvulas de seguridad, así como su simbología y las normas que especifican lo antes mencionado son de suma importancia para su correcta calibración. GUTIÉRREZ
J., (2010) en su proyecto titulado: “Instalación de un
Prototipo de un Sistema de Control proporcional de una Válvula en un Tanque Cilindro a ser instalado en el Instituto de Tecnología y Administración Industrial Ampliación Puerto Píritu. Conclusión: Mediante el diseño a instalar del prototipo se consiguió estandarizar el procedimiento de uso, mantenimiento y calibración de los elementos que componen dicho sistema. Al conocer las características de los instrumentos que componen el sistema retroalimentado se puede saber cuáles pueden ser calibradas y los métodos para realizar dicha labor. Con el desarrollo de este prototipo se persigue normalizar protocolos de ensayo y procedimientos en cuanto al funcionamiento de los controladores en este caso de acción proporcional.
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Realizada por Guipe Aguilar Luís Carlos (2004). Diseño de un banco de
pruebas para el mantenimiento y calibración de válvulas de seguridad en el galpón mecánico de la empresa ICM Proyectos 2001 C.A. El diseño del banco de prueba permite realizar acciones de mantenimiento y calibración de las válvulas de seguridad usadas en la industria petrolera lo que significa que se manipularan equipos de gran peso y tamaño. Una de las acciones de mantenimiento que permite el banco es el cambio de piezas defectuosas que se puedan encontrar en una válvula de seguridad determinada, así como la limpieza de las válvulas lo que determina las características de diseño que posee el banco.
Aporte de los Antecedentes: estos antecedentes permiten entender los términos fundamentales a tomar en cuenta para proyectar el banco de prueba para la calibración de válvulas de seguridad, aportando procesos y técnicas que se han de tomar en cuenta, así como los beneficios que se quieren lograr.
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2.2.- BASES TEÓRICAS En el control automático de los procesos industriales la válvula de seguridad juega un papel muy importante en el proceso de regulación. Realiza la función de ofrecer como su nombre indica: seguridad, definida como el conjunto de técnicas y procedimientos que tienen por objeto eliminar o reducir el riesgo físico en personas y equipos. Por definición, una válvula se compone de:
Cuerpo (Pie, campana y capuchón)
Obturador, Porta-muelles, Resorte y tornillo de Regulación
Eje, palanca y pasador (Solo válvulas con palanca) Se presentan con escape libre o conducido y conexión roscada o bridas
para conectar la válvula a la tubería. El obturador es quien realiza la función de control de paso del fluido y determina la característica de caudal de la válvula, es decir, la relación que existe entre la posición del obturador y el caudal de paso del fluido.
2.2.1 VÁLVULAS DE SEGURIDAD En términos generales hablaremos las válvulas de seguridad son dispositivos que deben de cumplir con un alto grado de requisitos de seguridad, lo cual implica que deban ser productos de alta calidad, y esto se obtiene cuando se cumplen las normativas técnicas, instalación, diseño, materiales, fabricación, uso y mantenimiento. Estos equipos constituyen el último dispositivo de seguridad, que actúan en una situación de emergencia para evitar que una sobrepresión pueda srcinar una catástrofe. El término "válvula de seguridad o válvula de escape" 26
se utiliza para denominar indistintamente a las válvulas de seguridad, válvulas de alivio y válvulas pilotadas, neumáticas o eléctricas.
2.2.2 CLASIFICACIÓN DE LAS VÁLVULAS DE SEGURIDAD Por lo dicho anteriormente se puede resumir que una válvula seguridad es un dispositivo automático que está diseñado para abrir a una presión predeterminada y volver a cerrar, previniendo con ello la descarga adicional de flujo, una vez de que las condiciones de operación han sido restablecidas.
Válvula de alivio Una válvula de alivio de presión es un dispositivo automático de relevo de presión, el cual abre en forma gradual en proporción al incremento de presión. Una válvula de alivio se utiliza en el manejo de líquidos, principalmente, por lo que se recomienda de escape conducido.
Válvula de seguridad-alivio Dispositivo automático de seguridad que puede ser utilizado como válvula de seguridad o como válvula de alivio, dependiendo de la aplicación.
Válvula de seguridad A.I.T. Una válvula de seguridad A.I.T. (Apertura Instantánea Total) es accionada por la presión estática que entra en la válvula, y cuyo accionamiento se caracteriza por una rápida apertura audible o disparo súbito. Sus principales aplicaciones son en el manejo de vapor de agua o aire.
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2.2.3 TIPOS DE VÁLVULAS DE SEGURIDAD ZAES y MATERIALES A continuación se mencionarán algunos de los tipos más importantes.
Válvula Seguridad Escape Libre - Rosca Macho BSP conexión a proceso. Salida a la atmosfera.
Válvula Seguridad Escape Conducido
Rosca Macho BSP conexión a proceso , Rosca hembra BSP en el escape
Rosca Hembra BSP conexión a proceso, Rosca hembra BSP en el escape
Brida de conexión a proceso, Rosca hembra BSP en el escape.
Válvula Seguridad Escape Conducido Con Palanca
Rosca Macho BSP conexión a proceso , Rosca hembra BSP en el escape
Rosca Hembra BSP conexión a proceso, Rosca hembra BSP en el escape
Brida de conexión a proceso, Rosca hembra BSP en el escape
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Figura Nº 1. Válvula Seguridad Escape Conducido Con Palanca
Elementos Constituyentes de una Válvula de Seguridad Se incluyen cada una de las piezas que constituyen las válvulas.
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Base ó Pie Este término se utiliza en válvulas pequeñas de conexiones roscadas o bridadas, y significa el elemento que contiene el paso de flujo a través del cual entra y se conduce el fluido, y que es cerrado por medio del disco ó obturador. La base ó pie generalmente contiene la conexión de entrada roscada o bridada y planos para acoplar la válvula al sistema.
Asiento El asiento es el área de contacto de la base con el obturador ó disco de cierre. El asiento puede ser de bronce o Inoxidable.
Obturador ó Disco Es el elemento de cierre con el asiento. Puede ser blando (elastómero), semi-duro (Teflón) o duro (Bronce o Acero Inoxidable). Se dice que un asiento es metal a metal cuando las superficies de contacto entre la tobera y el disco son de metal. Estas superficies establecen un sello el cual rara vez es completamente hermético, pero que evitan en buena medida el escape de fluido, debido al fino acabado (lapeado) de ambos componentes metálicos.
Campana o Cuerpo Es el elemento en el cual se aloja el resorte, el eje y los porta muelles. En el cual se encuentra la descarga o salida de la válvula.
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Capucha; capuchón Elemento externo que cubre al tornillo de ajuste para protegerlo del medio ambiente, evitar que se modifique la calibración de la válvula, y que el fluido escape por la parte superior.
Muelle o resorte Por medio del resorte, según regulemos la válvula, obtendremos la presión deseada de apertura.
Porta-Muelles Son los elementos que guían el muelle para asegurar su centraje.
Eje ó Vástago Es el elemento que provoca el levantamiento de obturador y abre la válvula por actuación manual mediante la palanca (valvulas de palanca)
Tornillo Regulador Mediante este elemento regulamos la válvula, incluye contratuerca para evitar que se desajuste.
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Palanca Elemento de actuación manual para abrir la válvula, el cual se debe actuar en vertical, hacia arriba, nunca en giro lateral, ya que podría dañar el asiento o el obturador. Este elemento solo esta disponible en válvulas de escape conducido.
Conjunto precinto. Mediante el cual sellamos con plomo la válvula para evitar la posterior manipulación. Incluye chapa de identificación con todos los datos personalizados de la válvula y número de control.
Tapón protector Elemento de plástico que se coloca en las roscas para evitar que entren impurezas, antes de ser montada la válvula y evitar el deterioro de las roscas.
2.2.4 MEDIDAS DE SEGURIDAD
Cuando la válvula de seguridad está sometida a presión nunca presentar parte alguna del cuerpo cerca de la salida de la válvula.
La salida de la válvula y cualquier salida separada deberían ser conducidas mediante tubos o venteadas a un lugar seguro orientado al suelo u horizontal, nunca hacia arriba.
Llevar siempre equipos adecuados de seguridad para proteger las manos, la cabeza, los ojos, oídos, etc., siempre que se esté cerca de válvulas a presión.
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Nunca intentar extraer la válvula de seguridad de un sistema bajo presión.
Nunca hacer ajustes ni llevar a cabo mantenimiento de la válvula de seguridad mientras está en servicio excepto si la válvula está aislada de la presión del sistema. Si no lo está, puede abrirse, y causar graves daños personales.
Extraer la válvula de seguridad antes de hacer ningunas pruebas de presión en el sistema. Con frecuencia la seguridad de las vidas y bienes depende de la operación adecuada de la válvula de seguridad. La válvula precisa de un mantenimiento según las instrucciones correspondientes y tiene que ser revisada y acondicionada con regularidad para asegurar un funcionamiento correcto.
Nunca instalar una válvula de seguridad en otra posición que no sea la vertical. El diseño interno de las válvulas está hecho para trabajar verticalmente, cuando es instalada en forma horizontal el deslineamiento y fricción que se produce puede afectar el funcionamiento de la válvula.
Cuando la válvula esté equipada con palanca, ésta debe estar colocada de manera que no permita contacto con otro instrumento o personal, que pueda causar que la palanca sea accionada accidentalmente. En caso de actuar la válvula, necesita espacio la palanca para actuar.
Avisos
Si hay algún dispositivo de bloqueo que acompaña a la válvula, tiene que extraerse antes de poner la válvula en servicio.
Este producto es un componente de seguridad destinado a su uso en aplicaciones críticas. La aplicación, instalación o mantenimiento inadecuados de la válvula o el uso de piezas o componentes no
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confeccionados por el fabricante puede ser causa de avería de la válvula de seguridad.
Cualquier obstrucción debida a polimerización, solidificación o depósitos sólidos afectarán a las prestaciones de seguridad de esta válvula. Se deberían aplicar métodos para reducir estos riesgos.
Una válvula de seguridad debe emplearse sólo para proteger un sistema de sobrepresiones. No debería emplearse como válvula de control que deba operar de manera continua ni como válvula de aislamiento para aislar secciones del sistema.
No debe emplearse como conector de tubos ni como pieza de transición en un sistema de tuberías.
Características de seguridad de las válvulas
La selección de las válvulas de seguridad, alivio y seguridad-alivio, debe ser primariamente del tipo operadas por resorte.
El resorte debe estar diseñado de tal manera que la compresión total, debido al levantamiento, no debe ser mayor al 80% de la deflexión nominal a sólido. La permanencia en el ajuste del resorte (definida como la diferencia entre la altura libre y la altura medida después de 10 minutos de que el resorte ha sido comprimido a sólido en tres ocasiones a una temperatura ambiente) no debe exceder 1,5% de la altura libre.
El resorte de la válvula no debe ser reajustado a una presión más o menos del 5% de la presión de ajuste marcada en la placa, a menos que el reajuste se encuentre dentro del intervalo del resorte establecido por el fabricante de la válvula, o que éste determine la aceptación del uso del resorte.
El ajuste inicial debe ser realizado por el fabricante, su representante o ensamblador autorizados, y a la válvula se le deben marcar los datos en
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donde se indique la presión de ajuste, capacidad y fecha de fabricación. DN , PN Y CAUDAL
La válvula se debe asegurar con un sello de plomo hecho por los mismos. En todo caso, al hacer el cambio de calibración de la válvula, se debe verificar que: el resorte permita la re calibración y que los intervalos de presión y temperatura del diseño de la válvula sean los adecuados para la nueva presión. Sin excepción, se debe colocar una nueva placa que contenga marcada la nueva presión y fecha de calibración.
2.2.5 CONCEPTOS DE OPERACIÓN DE LAS VÁLVULAS DE SEGURIDAD a) Capacidad de descarga La capacidad de descarga es la cantidad de flujo mensurable a un porcentaje de sobrepresión permitida, para ser usada como base para la utilización de una válvula de seguridad en una aplicación. Se expresa en unidades de flujo másico o volumétrico. b) Acumulación La acumulación es la presión en el recipiente que se incrementa por encima de la máxima presión de operación permisible del mismo durante la descarga a través de la válvula de seguridad. Se expresa en porcentaje de la presión de ajuste o en unidades de presión. c) Contrapresión La contrapresión es la presión estática que existe en el lado de la descarga de la válvula de seguridad, provocada por la presión del sistema de descarga. La contrapresión se clasifica como sigue: 35
Constante.- Se especifica como una contrapresión simple y que relativamente no tiene variaciones. Ejemplo: 1,4 kPa. Variable.- Se especifica con un intervalo, dando límites máximo y mínimo, debido a que esta contrapresión cambia de un momento a otro. Ejemplo: 0 a 1,4 kPa. d) Contrapresión generada La contrapresión generada es la presión que se desarrolla en la salida de la válvula como resultado del flujo que existe después de que la válvula ha abierto. e) Contrapresión sobrepuesta La contrapresión sobrepuesta es la presión que existe en el lado de la descarga de la válvula antes de que ésta abra. f) Fuego; incendio Término que describe el caso de falla por exposición al calor, de la cual resulta un incremento de presión dentro de un recipiente o sistema, debido a la radiación de calor exterior, por ejemplo, en un incendio.
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2.3 BASES LEGALES Toda investigación debe estar sustentada bajo un ordenamiento jurídico por lo que se cita:
CONSTITUCIÓN DE LA REPUBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA, CAPITULO VI, DE LOS DERECHOS CULTURALES Y EDUCATIVOS. Artículo 105: “La ley determinará las profesiones que requieren título y las
condiciones que deben cumplirse para ejercerlas, incluyendo la colegiación”.
Artículo 110: “El Estado reconocerá el interés público de la ciencia, la tecnología, el conocimiento, la innovación y sus aplicaciones y los servicios de información necesarios por ser instrumentos fundamentales para el desarrollo económico, social y político del país, así como para la seguridad y soberanía nacional. Para el fomento y desarrollo de esas actividades, el Estado destinará recursos suficientes y creará el sistema nacional de ciencia y tecnología de acuerdo con la ley. El sector privado deberá aportar recursos para las mismas. El Estado garantizará el cumplimiento de los principios éticos y legales que deben regir las actividades de investigación científica, humanística y tecnológica. La ley determinará los modos y medios para dar cumplimiento a esta garantía”.
LEY DE CIENCIAS, TECNOLOGÍA E INVENCIÓN, TITULO 11, DEL SISTEMA NACIONAL DE CIENCIAS, TECNOLOGÍA E INNOVACIÓN. ARTICULO 10 SEÑALA: “En el Sistema Nacional de Ciencias, Tecnología e Innovación esta
conformado por el conjunto de instituciones públicas y privadas que generan
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y desarrollan conocimientos científicos, tecnológicos y procesos de innovación y por las personas jurídicas, públicas y privadas que se dediquen a la planificación, administración, ejecución y aplicación de actividades que posibiliten la vinculación efectiva entre la ciencia, la sociedad y la tecnología”
LEY
DE
METROLOGÍA
CALIBRACIÓN,
VENEZOLANA,
PRUEBAS,
ENSAYOS,
TITULO
IV,
MEDICIONES
ESPECIALES Y EXPERTICIAS Artículo 48: “El organismo competente en materia de metrología podrá, de oficio o a solicitud de parte interesada, realizar calibraciones, evaluación de laboratorios, estudios especiales, ensayos, pruebas, experticias y demás actividades necesarias para cumplir con sus obje tivos”. Artículo 49: “Cuando se requieran mediciones o pruebas de laboratorio, estas deben efectuarse a través de laboratorios acreditados o autorizados. Los gastos que se srcinen por las pruebas y ensayos serán con cargo al interesado”.
Comentario: Como se expreso textualmente en los últimos dos capítulos de la Ley de Metrología, resaltan la importancia de la acreditación de los laboratorios en el momento en el que se necesiten hacer mediciones o pruebas de laboratorio y los gastos los debe correr el interesado.
NORMAS COVENIN –ISO 9001. Categoría C En Su Capítulo IV, Sección 4.4.7 Verificación De Diseño puntualiza:
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“En
las etapas adecuadas del diseño para asegurar que los elementos de
entrada se deben registrar las medidas de verificación de diseño”.
“Además de conducir las revisiones de diseño, la verificación del diseño
puede incluir una o más de las siguientes actividades:
Realización de cálculos alternativos
Comparación del nuevo diseño con un diseño similar ya aprobado si fuese posible.
Realizar ensayos y demostraciones.
Revisión de los documentos de la etapa de los diseños de ponerlos en circulación.
NORMAS COVENIN-ISO 9001 Categoría C, Capítulo IV, Sección 4.4.8. Validación De Diseño Señala:
“Se debe realizar la validación del diseño para asegurar que el producto satisface necesidades y requisitos definidos del usuario”.
“La validación del diseño viene después de una verificación exitosa del diseño”.
“La
validación se efectúa normalmente sobre el producto final pero puede
ser necesario en etapas anteriores antes de completar el producto”.
39
es “Si los previstos fueron diferentes pueden realizarse validacion múltiples”.
NORMA
COVENIN
253:1999:
Codificación
para
la
identificación de tuberías que conduzcan fluidos Esta norma resalta la importancia de identificar a través un color específico codificado y leyendas por medio de bandas, anillos o pintura el tipo de fluido que conduce determinada tubería. Ya que el banco de calibración poseerá un serie de tuberías que permitirán el paso del aire para hacer las pruebas, esta norma permite identificar qué tipo de fluido pasara por las tuberías o tubings.
NORMA ISO 10005-2005: Sistemas de gestión de la calidad. Directrices para los planes de calidad, cláusula 5.11 Diseño y desarrollo. 5.11.1 Proceso de diseño y desarrollo El plan de la calidad debería incluir o hacer referencia al plan o planes para el diseño y desarrollo. Conforme sea apropiado, el plan de la calidad debería tener en cuenta los códigos aplicables, normas, especificaciones, características de calidad y requisitos reglamentarios. Debería identificar los criterios por los cuales deberían aceptarse los elementos de entrada y los resultados del diseño y desarrollo, y cómo, en qué etapa o etapas, y por quién deberían revisarse, verificarse y validarse los resultados. El diseño y desarrollo es un proceso 40
complejo y debería buscarse una orientación en fuentes apropiadas, incluyendo los procedimientos de diseño y desarrollo de la organización.
NORMA ASME SECCIÓN I, CALDERAS Y RECIPIENTES A PRESIÓN PVG-12 VÁLVULAS DE SEGURIDAD, CLÁUSULA12.1 “Las válvulas de seguridad deberán ser de totalmente cerradoestá diseñado
de manera que los vapores de escape más allá de la válvula de asiento no podrán verter a la atmósfera, sino a través de un tubo de escape que llevará a tales vapores a un punto seguro de descarga fuera del edificio. Un condensador adecuado que se condensa todos los vapores descargados de la seguridad válvula se puede utilizar en lugar de la canalización de los vapores a la ambiente. La válvula de seguridad no deberá tener una palanca de elevación”.
Comentario: Cabe destacar que esta sección, al igual que la sección VIII, especifica los lineamientos de construcción, materiales construcción, que comprende todo incluido materiales, diseño, fabricación, examen, inspección, pruebas, certificación, y de alivio de presión.
NORMA API 527. VÁLVULAS DE SEGURIDAD, ASIENTO DE ESTANQUEIDAD DE PRESIÓN, SECCIÓN II, PRUEBA CON AIRE. En esta norma especifica el proceso de calibración de las válvulas de seguridad cuando estas son calibradas por presión de aire, tanto de las válvulas de seguridad estándares con fuelle así como las válvulas actuadas por piloto. 41
NORMA ASME SECCIÓN I, CALDERAS Y RECIPIENTES A PRESIÓN, PG-67 VÁLVULA DE SEGURIDAD CALDERA REQUISITOS, PG-67.2.1 “La
capacidad mínima requerida para aliviar de las válvulas de seguridad o válvulas de alivio de seguridad para todo tipo de calderas no deberá ser menor que el máximo diseñado vapor capacidad a la PSMA de la caldera, tal como se determina por el fabricante y se basará en la capacidad de los todo el equipo quemador de combustible como función limitada por otra caldera”.
ASME SECCION SECCIÓN VIII 2007- DIVISION 1, UG-126 VALVULAS DE ALIVIO DE PRESION CLAUSULAS C Y D SEÑALA:
“El
resorte en una válvula de alivio de presión no deberá ser fijado para
cualquier presión de más de 5% por encima o por debajo de la de que la válvula está marcado, a menos que el ajuste está dentro de la resorte de rango plan establecido por el fabricante de la válvula o se determina que es aceptable para el fabricante.
“La ajuste inicial deberá ser realizada por el fabricante, su representante
autorizado, o un ensamblador y una válvula etiqueta de datos se identifica a condición de que la presión de ajuste capacidad y la fecha.
La válvula deberá ser sellado con un sello la identificación del fabricante, de su representante autorizado, o el ensamblador de realizar el ajuste”.
42
Las tolerancias de ajuste de presión, más o menos, de las válvulas de alivio de presión no debe exceder de 2 psi (15 kPa) para presiones hasta e incluyendo 70 psi (500 kPa) y 3% para lAs presiones por encima de 70 psi (500 kPa).
ASME SECCIÓN VIII - DIVISION 1 2007, UG-129 MARCA CLAUSULA A “La seguridad, alivio de seguridad, alivio, alivio de presión de líquido, y
operadas por piloto Válvulas de alivio de presión. Cada seguridad, de alivio de seguridad, alivio, alivio de la presión del líquido, y pilotada válvula de alivio de presión NPS 1/2 (DN 15) y mayor será claramente marcado por el fabricante o ensamblador con los datos necesarios de tal forma que el marcado no será destruido en el servicio. El marcado puede ser colocado en la válvula o sobre una placa o placas”.
NORMA ASTM A259 TUBO DE ACERO INOXIDABLE AUSTENITICO, SIN DOBLADURA Y SOLDADO, PARA USO GENERAL.. Esta norma es para la adquisición de tubo de acero inoxidable austenitico, para uso general a baja o alta temperatura y resistente a la corrosión. Es uno de los materiales para tubing mas utilizados por su economía y sus múltiples aplicaciones en cuanto a instalación.
43
2.4. DEFINICIÓN DE TÉRMINOS OPERATIVOS
Control: Manejo de una situación, mantener una condición de equilibrio de un proceso, en la instrumentación, manejo de la variable de un proceso dentro de los parámetros predeterminados, a través de lazos de control.
Diseño: Se define como el proceso previo de configuración metal (prefiguración). En la búsqueda de una solución en cualquier campo. Utilizado habitualmente en el contexto de la industria, ingeniería,
arquitectura,
comunicación y otras disciplinas creativas.
Eficiencia: Se define como la capacidad de disponer de alguien o de algo para conseguir un objetivo determina. No debe confundirse con eficacia que se define como la capacidad de lograr el efecto que se desea o que se espera.
Instrumento: Dispositivo que permite medir, calibrar, registrar o controlar una variable.
Medición: Es la terminación de la existencia o magnitud de una variable. Proceso: Es un sistema desarrollado para llevar a cabo un objetivo; tratamiento de un material mediante unas series de operaciones especiales destinadas a transformarlo.
Sistema: Es un objetivo compuesto cuyos componentes se relaciona con al menos algún otro componente; puede ser material o conceptual. Todos los sistemas tienen composición, estructura y entorno. Pero solos los sistemas materiales tienen mecanismo y tienen figuras.
44
2.5 OPERACIONALIZACIÓN DE LA VARIABLE MODIFICACIÓN DE LA ESTRUCTURA DEL DISEÑO DE UN BANCO DE CALIBRACIÓN DE VÁLVULAS DE SEGURIDAD Y/O ALIVIO PSV DESDE ¾ HASTA 4 PULGADAS PARA SU USO EN EL LABORATORIO DE TECNOLOGÍA INSTRUMENTISTA DEL I.U.T.A. AMPLIACIÓN PUERTO PÍRITU, DEL ESTADO ANZOÁTEGUI, EN FUNCIÓN A LAS PRÁCTICAS
VARIABLES
DIMENSIÓN
INDICADORES
Banco de calibración
Válvulas de Seguridad Ajuste y Control
Indicador Tipos Aplicaciones. Normas Aplicadas para la Calibración de Válvulas
FUENTE
Desempeño de las prácticas de laboratorio
Calidad de las prácticas. Efectividad Cumplimiento de las actividades
Formación recibida Actividades ejecutadas Desarrollo y mejoramiento de las actividades.
Manuales de Operación Normas Planos
INSTRUMENTO
Matriz de Registro.
Recursos humanos
Textos Libros Revistas Documentos Textuales y Bibliográficos Tesis Internet Laboratorio
Guía de Entrevista (estructurada)
Tabla N° 1. Operacionalización de las variables. Fuente: Álvarez J. y Hernández P.
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CAPÍTULO III MARCO METODOLÓGICO
MARCO METODOLÓGICO Es el conjunto de pasos que se cumplen dentro de la investigación de forma ordenada y secuencial para la descripción y análisis de la misma, proporcionando un modelo de verificación que permite constatar hechos con teorías o sus formas, la de una estrategia que determine las operaciones necesarias para hacerlo. Balestri, (2009) determina: Cada investigación es una unidad coherente desde el punto de vista lógico y metodológico. En ella existen diseños, pero con aplicación de tal o cual modelo abstracto, sino como resultado de su propia estructura interior, de sus propuestas teóricas, de sus dificultades empíricas (p.126).
3.1 DISEÑO DE INVESTIGACIÓN
El diseño de investigación es de interactiva, puesto que hay que implantar la modificación de la estructura del diseño de un banco de calibración de válvulas de seguridad y/o alivio PSV desde ¾ hasta 4 pulgadas para su uso en el Laboratorio de Tecnología Instrumentista del I.U.T.A. ampliación Puerto Píritu, del estado Anzoátegui, en función a las prácticas. Refiere Hurtado, J (2000) que el diseño de campo es “ aquel en el
cual el investigador obtiene sus datos de fuentes directa en su contexto natural. Este diseño no es exclusivo de un tipo de investigación sino que se aplica a cualquiera de los diez holotipos ”.
3.2 TIPO DE INVESTIGACIÓN
Esta investigación será de tipo proyectiva ya que trata de plantear la modificación de la estructura del diseño de un banco de calibración de válvulas de seguridad y/o alivio PSV desde ¾ hasta 4 pulgadas para su uso en el Laboratorio de Tecnología Instrumentista del I.U.T.A. ampliación Puerto Píritu, del estado Anzoátegui, en función a las prácticas. Según Hurtado, J (2008) define la investigación proyectiva como aquella donde: “se elabora una propuesta, un plan, un programa o un
modelo, como solución a un problema o necesidad de tipo práctico, ya sea de un grupo social, o de una institución, o de una región geográfica, en un área del conocimiento, a partir de un diagnostico preciso de las necesidades del momento, los procesos explicativos o generadores involucrados y tendencias futuras, es decir, con base en los resultados de un proceso investigativo”.
3.3 UNIDAD DE ANÁLISIS
La unidad de estudios es el laboratorio de Tecnología Instrumentista ya que será el espacio físico donde se va a realizar este proyecto. Con respecto, Hurtado, J. (1998) se refiere a la unidad de estudio como “el ser al que se manifiesta la situación a estudiar”. “ La misma autora en su edición (2000). La def ine como “el contexto o variable que
se desea estudiar, la unidad de estudio puede ser una persona un
grupo, una extensión geográfica, una institución o conjunto que interviene directamente en la investigación ”
3.4 POBLACION Y MUESTRA Según el autor Mario Tamayo y Tamayo (2008 , pág. 176). “Una población está determinada por sus características definitorias. Por lo tanto el conjunto de elementos que posea esta característica se denomina población o universo. Población es la “totalidad del fenómeno a estudiar , donde las
unidades de población poseen una característica común, la que se estudia y da srcen a los datos de la investigación.”
Esta investigación no contará con población ni muestra debido a que la población corresponde a la unidad de análisis y por lo tanto no requerirá de muestras representativas.
3.5 TÉCNICAS E INSTRUMENTOS PARA LA RECOLECCIÓN DE DATOS 3.5.1 TÉCNICA La técnica de recolección de datos utilizados en esta investigación corresponde a la revisión documental y la observación directa. Con respecto, Hurtado, J (2000) refiere a la técnica de recolección como
“el proceso mediante el cual un investigador recopila, revisa,
analiza, selecciona y extrae información de diversas fuentes acerca de un tema en particular”.
3.5.2 INSTRUMENTOS El instrumento utilizado para la recolección de información será la matriz de análisis y registro anecdótico. Según Hurtado, J. (2000) establece que “la observación es la apertura
integral de la persona (sentidos internos y sentidos externos, vivencia, percepción, intelecto) con respecto a los que se circundan”. Según Hurtado. J (2000) establece que “el registro consiste en anotar
la información obtenida, de tal manera que se pueda tener acceso en diferentes momentos del tiempo”.
3.6 PROCEDIMIENTO PARA LA RECOLECCION DE DATOS
3.6 Procedimiento para la recolección de datos 1er paso: A través de la observación del espacio físico del laboratorio de Tecnología Instrumentista, se pudo determinar el área donde podría estar instalado el banco de calibración, y para desarrollar el diseño de éste, se indagaron diversas normas, reglamentos, manuales de calibración, páginas web y Trabajos Especiales de Grado.
2do paso: A través de la revisión documental de la información recopilada, se anotaron los datos más relevantes mediante una matriz de registro, dándole una secuencia lógica a lo investigado
Revisión Documental Se consideró ineludible aplicar la técnica de revisión documental para llevar a cabo el desarrollo de la investigación, analizando trabajos de grado vinculados con el tema objeto de estudio, libros asociados con la investigación, material proveniente de Internet.
Observación Directa Arias (2006 ), indica que la observación directa “es una técnica que consiste en visualizar o captar mediante la vista, en forma sistemática, cualquier hecho, fenómeno o situación que se produzca en la naturaleza o en la sociedad, en función de unos objetivos de inves tigación preestablecidos”. (p.69). Por medio de esta técnica se alcanzó la observación de las actividades de inicio y fin de los procesos, la cual sirvió de gran utilidad para describir situaciones presentadas.
Tormenta de Ideas Según Bells (2010), “Es una técnica en la que un grupo de personas, en conjunto, crean ideas. Esto es casi siempre más productivo que cada persona pensando por si sola.” En éste sentido, la tormenta de ideas es una
técnica de grupo que permitió generar un alto volumen de pensamientos sobre el tema e integra el conocimiento del equipo de trabajo, haciendo que todos los integrantes participaran
y aprovecharan la creatividad de los
demás. A su vez promueve el pensamiento abierto de un equipo, mediante un proceso libre de criticismo y juicios. Para recabar la información se utilizará el método de la encuesta el cual Pineda, Alvarado y Canales (2004), define como: “consiste en obtener
información de los sujetos de estudio, proporcionados por ellos mismos, sobre opiniones, conocimientos, actitudes o sugerencias (p. 129). Como instrumento de recolección de datos, se diseño una entrevista estructurada con un cuestionario cerrado, donde se realizaron una serie de pregustas relacionadas con el tema de estudio, esta herramienta fue aplicada a la muestra seleccionada, con la finalidad de obtener la información necesaria que permitiera mediante cálculos estadísticos, determinar y graficar valores claves para la evaluación de la propuesta del banco de prueba en la planta.
Validación Esta validación se puedo lograr mediante la Operacionalización de las variables y a través del juicio de expertos. Para Namkforoosh (2001) la validez se refiere al grado en que la prueba está midiendo lo que en realidad se desea medir.
CAPITULO IV DISCUSIÓN DE RESULTADOS
1. Identificar las características técnicas del Banco de Calibración de
Válvulas de Seguridad y/o Alivio PSV desde ¾ hasta 4 pulgadas, presente en el Laboratorio de Tecnología Instrumentista. 1
Brida de 4” con perforación en el centro de 1”
4
Orificios de ½” pulgada.
1
. Niple de 1” por 7” de largo con perforación en el centro de 1” NPT
4
pernos de ¼”
1
Compresor de 80 psi.
1
válvulas aguja de ¼” NPT para presurizado.
1
. Válvula de aguja de ¼” NPT x ¼” OD para desalojo
1
Manómetro de 0 a 300 psi.
1
válvula de globo ½” roscada NPT
1 1
Tubing de ¼” 316” SS (Standart Steel).
3
Uniones T roscada tipo OD de ¼”.
2
Reducciones tipo OD de ¼”
2
Reducciones tipo Copa Roscada NPT de 1” a ¾” y de 1” a ½”
1
Reducción de ¾” a ½” roscada NPT
1
Cruceta de ¼” roscada NPT
5
Conectores tipo NPT x OD de ¼”
Codo roscado tipo OD de ½”
2. Separar las partes mecánicas y eléctricas del Banco de Calibración
de Válvulas de Seguridad y/o alivio PSV en relación a su operatividad. 3. Distinguir los dispositivos que formarán parte del Banco de
Calibración de Válvulas de Seguridad y/o alivio PSV (partes mecánicas, eléctricas, neumáticas, entre otros). PARTES MECÁNICAS Brida de 4” con perforación en el centro de 1” : Los Acoples Bridas están
compuestos por la Brida propiamente dicha y medio acople convencional modelo. Tienen la capacidad de instalarse en espacios reducidos y su recambio es rápido y sencillo. En esta brida se instalarán las válvulas de seguridad a través de mecanismos de sujeción para poderlas calibrar en el banco de prueba. La brida estará soldada a un niple que a su vez tendrá unos tubings laterales de ¼ por los cuales pasará la presión de aire enviada desde el compresor.
Manómetro del compresor: El manómetro es un instrumento utilizado para la medición de la presión en los fluidos, generalmente determinando la diferencia de la presión entre el fluido y la presión local. Indica la presión del recipiente de aire de compresor. Aunque no es un manómetro patrón, va directamente colocado en el panel de control a través de un tubing de ¼ 316 SS para facilitar la lectura del recipiente del compresor.
Manómetro Patrón: Es el tipo de manómetro utilizado normalmente en situaciones donde la medida de la presión tenga una cierta relevancia. Suelen ser manómetros con sensor de galgas extensiométricas ya que este tipo de sensor presenta una buena estabilidad en el tiempo y repetibilidad de
la medida. A través de este elemento primario se verificara la calibración de la válvula de seguridad, corroborando la presión de apertura y cierre. Va a estar instalada en un panel de control de 30X30 cm de A-105 a través de una “T” de ¼ OD 316 SS en todos sus lados.
Uña de sujeción: Por medio de estos mecanismos de sujeción podrán pasar los pernos que sujetaran la brida de la válvula con la brida de acople.
Válvulas de agujas: La válvula de aguja es llamada así por el vástago cónico que hace de obturador sobre un orificio de pequeño diámetro en relación el diámetro nominal de la válvula. El desplazamiento del vástago, si es de rosca fina, es lento y el hecho de que hasta que no se gira un buen número de vueltas la sección de paso del fluido es mínima, convierte esta válvula en una buena reguladora de caudal, por su estabilidad, precisión y el diseño del obturador que facilita un buen sellado metálico, con poco desgate que evita la cavitación a grandes presiones diferenciales. Estos dispositivos tienen como función, la primera controlar la entrada de aire al banco (calibración) y la otra controlara la salida de la presión del aire (desalojo).
Válvula de bola: En la válvula de bola un macho esférico agujereado controla la circulación del líquido. El sellado en válvulas de bola es excelente, la bola contacta de forma circunferencial y uniforme el asiento, el cual suele ser de materiales blandos. Las aplicaciones más frecuentes de la válvula de bola son de obertura/cierre. No son recomendables usarlas en servicios de parcialmente abiertas por un largo tiempo bajo condiciones de alta caída de presión a través de la válvula, ya que los asientos blandos pueden tener tendencia a salir de su sitio y obstruir el movimiento de la bola. Estará instalada en la parte inferior del recipiente de aire, y sirve para mantenimiento de recipiente.
Válvulas de seguridad: La primera estará instalada en la parte superior del recipiente de aire del compresor como protección del equipo por alta presión y la otra estará instalada en la parte superior del compresor de aire. Este tipo de válvulas son de roscada de bronce de ½” x 1”, 300 Lbs.
Pernos: Barra metálica cilíndrica roscada (tornillo), que se asegura mediante una tuerca atornillada por el extremo opuesto a la cabeza. El tornillo pasa por un agujero practicado en las piezas que se han de unir: atornillando a fondo la tuerca con el adecuado par de apriete, el vástago del tornillo queda tenso bajo cierta carga, y las partes a unir quedan comprimidas entre la cabeza del tornillo y la tuerca con una carga igual y contraria. Son los que pasarán a través de la uña de sujeción para asegurar un buen ajuste entre la brida de la válvula de seguridad y la brida de acople del banco de prueba.
Tubings: A través de estos pasará el aire comprimido del compresor hasta la brida de acople.
PARTES ELÉCTRICAS Motor eléctrico del compresor: Este dispositivo que mediante corriente alterna convierte la energía eléctrica en un movimiento mecánico circular que hará mover al pistón para que pueda comprimir el aire utilizado para generarle presión a la válvula de seguridad que va a ser calibrada. Este motor es trifásico y tiene una potencia nominal es de 7,5 Hp, y una alimentación de 230 VAC, 60 Hz.
Presostato: El presostato también es conocido como interruptor de presión. Es un aparato que cierra o abre un circuito eléctrico dependiendo de la
lectura depresión de un fluido. Es parte integral del compresor y estará configurado en alta para apagar y en baja se encenderá con un Span preestablecido de 30 a 280 PSI.
PARTES NEUMÁTICAS
Compresor: Este dispositivo comprimirá el aire para enviarlo a través de los tubings hasta el niple en donde estará soldado a la brida perforada donde estarán instalada la válvula de seguridad y/o alivio a calibrar. Este compresor es de tipo pistón y como tal mediante un movimiento de vaivén provocado por la energía recibida a través del motor eléctrico, absorbe, comprime y descarga aire hacia el tanque.
ELEMENTO PRINCIPAL DE CONTROL Panel de control: Es un tablero que va a estará diseñado de acero A105, en el cual estarán instalados las dos válvulas de aguja, el interruptor de parada de emergencia, el manómetro patrón y el manómetro que indica la presión del recipiente de aire del compresor.
4. Fundamentar los principios de funcionamiento del Banco de
Calibración de Válvulas de Seguridad y/o Alivio PSV utilizando las normas y especificaciones de los mecanismos involucrados. El principio de funcionamiento es generar presión desde un compresor de aire hasta alcanzar la presión de calibración de las válvulas de seguridad. Desde el panel de control, se aplicará la presión una vez instalada debidamente las válvulas de seguridad a calibrar, asegurando los mecanismos de sujeción. Una vez hecho este procedimiento se cierra la válvula de desalojo para asegurar que exista presión a través del tubing, luego se incrementa cuidadosamente la presión hasta el punto de disparo, se cierra automáticamente la presión de entrada y se verifica en el manómetro patrón el porcentaje del cierre de la válvula, corroborando en su data sheet que tanto el tarado como el cierre se hicieron correctamente según la Norma API 527. La graduación de el, o los anillos del Blowdown (dependiendo de la PSV) es sumamente importante ya que, llevando el anillo a su posición srcinal, (con referencia al soporte del disco y depende del orificio de los cuales vienen identificados con letras especificadas por el fabricante) ya que estos garantizaran la hermeticidad de la PSV. Antes de empezar el proceso de calibración se debe verificar el TAG y la simbología de la válvula de seguridad para observar en el manómetro patrón del panel el porcentaje de tarado y cierre de las válvula según las Normas ASME sección I y VIII en la tabla n° 2 se especifica lo antes mencionado
CALDERA DE ASME
Establecer la tolerancia de la presión (la
REQUISITOS DE LA
Y SECCIÓN Y
válvula debe "abrir" dentro de la gama
PURGA
SÍMBOLO DEL CÓDIGO DEL
que se indican a continuación.)
RECIPIENTE DE PRESIÓN
ASME Sección I
Si la presión determinada de la válvula
Después de abrirse, la
es inferior o igual 70 psig (4.83 barg)
válvula debe cerrarse dentro
±2 psig (barg ±0.14).
de una gama de el 98% al
Si la presión determinada de la válvula es 71 psig (barg 4.90) hasta e
96%, sin embargo, si la válvula al fijar la presión es
incluyendo 300 psig (20.68 barg) el
de 100 psig (barg 6.89) o
±3% de presión del sistema
menos, la válvula debe
Si la presión determinada de la válvula
cerrarse dentro de una
es 301 psig (20.75) hasta e incluyendo
gama de 2 a 4 barg del psig
1000 psig (68.75 barg) ±10 psig (el
(0.14 a 0.28) debajo de la
barg ±0.69)
presión del sistema.
Si la presión determinada de la válvula es 1001 (el barg 69.02) o el mayor ±1% de presión del sistema
Si la presión determinada de la válvula es inferior o igual 70 psig (4.83 barg)
ASME Sección VIII
Después de abrir la válvula
±2 psig (el barg ±0.14)
debe cerrase antes de que la
Si la presión determinada de la válvula
presión de sistema vuelva a
es 71 psig (barg 4.90) o el mayor ±3%
la presión de funcionamiento
de presión del sistema
normal.
Tabla N° 2 Especificaciones de tolerancia de presión según el código ASME El banco de pruebas está diseñado para el tamaño disponible en el laboratorio de Tecnología Instrumentista, cuyas respectivas medidas del área asignada fueron aproximadamente 70 cm de ancho por 130 cm de largo. Los materiales se eligieron en pro de factibilidad del diseño. El material de los
tubings como de los racores, las T, manómetros válvulas de aguja y de bola y conectores se eligieron según la norma ASTM A269 donde se especifica las características, tubos de acero inoxidable austeníticos para uso general a baja y alta temperatura y de calidad caracterizada por una buena resistencia a la corrosión. La elección de la brida de acople se determinó mediante la norma ASME B-16.5 -1996, según su tamaño y tipo de brida. Se eligió una brida ciega de 4 pulgadas ya que el banco es para calibrar válvulas de seguridad y/o alivio (PSV) de hasta 4 pulgadas. En la siguiente tabla se presentarán las características de las bridas ciegas según su medida.
Tabla N° 3. Bridas de 300 Lbs. según la norma ASME B16.5-1996
5. Modificar el diseño del Banco de Calibración de Válvulas de
Seguridad y/o Alivio PSV desde ¾ hasta 4 pulgadas en el Laboratorio de Tecnología Instrumentista del IUTA ampliación Puerto Píritu, del estado Anzoátegui, en función de las prácticas Con piezas como el tubing, válvulas de agujas, monumentos, reductores y adaptadores existentes en el Laboratorio de Instrumentista del I.U.T.A., se da inicio a la elaboración del Banco de Calibración con una serie de equipos y acoples ya antes mencionado, diseñado para calibración de presión de apertura y verificación de las posibles filtraciones que puedan tener las válvulas. Se realizó el mantenimiento correctivo a las piezas de la válvula, tales como el sellador actuador, tobera, tornillo, fijación, anillo de ajuste o regulación, resorte, cuerpo. En dicho mantenimiento se encontró corrosión en todas las piezas de la válvula de alivio observándose un desgaste evidente en el sello, el cual dificultó la calibración de la válvula a la presión deseada. El espacio disponible en el Laboratorio de Instrumentista es de aproximadamente 70 cm de ancho por 130 cm de largo. Ya con los acoples tomados del laboratorio se comienza a armar el banco de calibración conectado, las conexiones de OD y MPT a los tubing, también a las válvulas de aguja y por último un manomentro patrón el cual su presión máxima es de 300 psi todo esto unido a una línea de aire directa del comprensor. Una vez todas las piezas conectadas y el banco casi listo, se abre la línea de aire para verificar los psi enviados por el comprensor, los cuales fueron 80 psi guiándonos por el manómetro patrón. Después se le coloca una caja de unas medidas aproximadas de 45 cm de largo por unos 30 cm de ancho, la cual sirve como panel de control para el banco de calibración.
Una vez hecho el mantenimiento a la válvula se procedió a calibrarla, ajustando el tornillo de fijación y seguidamente el anillo de ajuste, calibramos los psi deseados para que la válvula acciones y abra y así libere su presión de tarado, primero fue calibrada a 50 psi y por último fue calibrada a 30 psi, después de su calibración se vuelve a colocar la válvula en su sitio srcinal el cual es el calentador o bien tanque H-001. Allí se realiza otra prueba usando agua y aire suministrada al tanque y observando un manómetro patrón que tiene dicho tanque. Se verificó el accionamiento de la válvula a los psi ya calibrados anteriormente, el cual fue de 30 psi verificando que la válvula está en un estado operativo completo. Esta válvula es de alivio marca Consolidated, certificada por Dresser Flow Control, tipo 19110LCF de medida ¾”, presión 229 psi y capacidad 44 GPM.
Esta fue buscada en internet específicamente en su web site para así entender sus características, primero porque era la válvula disponible y segundo hay diversidad de válvulas, casi todas con el mismo propósito, pero siempre con algo que las distingue una de otras.
CAPITULO V CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
CONCLUSIONES
La elaboración de un diseño de banco de calibración de válvulas de seguridad permite a los alumnos de Tecnología Instrumentista y otras especialidades, obtener y reafirmar conocimientos que los capacitaran en el área industrial, familiarizarse con los elementos que conforman el banco y su interacción entre sí, para un correcto funcionamiento. La calibración se realiza bajo una presión de ajuste, que expresada en unidades de presión, es el valor de presión estática creciente a la entrada de la válvula, y a la cual ha sido preparada para abrir bajo las condiciones de servicio. En servicio de líquidos, la presión de ajuste a la entrada de la válvula comienza a tener una descarga continua de líquido.
o
Para mantener las presiones adecuadas de funcionamiento en recipientes instalaciones presurizadas se usan dispositivos que regulen
automáticamente los niveles de trabajo deseados. Las anomalías que ocurren son propias de las reacciones químicas, desperfectos en las bombas o compresores, o de las cambiantes condiciones del medio. Para regular estos cambios y mantener una condición estable es que se utilizan las válvulas de seguridad. El riesgo principal en equipos a presión es la liberación brusca de ésta. Para poder ser utilizados deben reunir una acreditación y sellado pertinente. Los operadores encargados de vigilar, supervisar, conducir y mantener los aparatos a presión deben estar preparados para el manejo de los equipos y conocer
los
riesgos
que
mantenimiento inadecuado.
pueden
ocasionar
una
manipulación
o
Al realizar regulaciones en el banco de pruebas se debe tener la precaución que las válvulas que estén marcadas para su uso en vapor o que tengan partes internas especiales para uso en vapor, deben ser probadas preferentemente con vapor, sin embargo, y debido a que la gran mayoría de este tipo de aplicaciones están por encima de la capacidad de producción de vapor de un banco de pruebas de laboratorio, por su tamaño o límite de presión de ajuste, pueden ser probadas con aire. Las válvulas marcadas para uso en aire, gases o vapores de gases, deben ser probadas preferentemente con aire.
RECOMENDACIONES
La realización de un Manual de Mantenimiento y Calibración del Banco de Prueba, como también de las válvulas de seguridad.
El
encargado
del
laboratorio
debe
tener
conocimientos
del
funcionamiento del banco de calibración y garantizar, ante todo seguridad a los usuarios en futuros ensayos.
Cuando la válvula de seguridad está sometida a presión nunca presente parte alguna de su cuerpo cerca de la salida de la válvula.
Llevar siempre equipos adecuados de seguridad para proteger las manos, la cabeza, los ojos, oídos, etc., siempre que se esté cerca de válvulas a presión.
No intentar extraer la válvula de seguridad de un sistema bajo presión. La válvula precisa de un mantenimiento según las instrucciones correspondientes y tiene que ser revisada y acondicionada con regularidad para asegurar un funcionamiento correcto.
CAPITULO VI DISEÑO DE LA PROPUESTA
Figura N°2. DISEÑO DE UN BANCO DE CALIBRACIÓN DE VÁLVULAS DE SEGURIDAD Y/O ALIVIO PSV DESDE ¾ HASTA 4 PULGADAS
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REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS Textos:
Acuña Julián, Rivas Franco. Técnicas de Documentación e Investigación II, Universidad Nacional Abierta. Séptima Reimpresión. Caracas, 1999.
Cevaldo L. Antonio. Válvulas de Seguridad (I): Características técnicas.
Creus Solé Antonio. Instrumentación Industrial 6ta edición.
Fundelac, Curso de Instrumentación Industrial Avanzada.
Hurtado de Barrera Jacqueline. El Proyecto de Investigación Holística. Quinta edición. Ediciones Quirón. Magisterio, Bogotá 2002.
Díaz José Variables de Operalizacion, Fertinitro, Junio de 2011
Páginas web:
http://www.bripetrol.com.ar/Bridas.html
http://web.usal.es/~tonidm/DEI_05_Bombas_compresores.pdf
http://file.seekpart.com/keywordpdf/2010/12/30/20101230111015410.pdf
http://www.slideshare.net/junioseis/vlvulas-de-seguridad
http://www.proyectosfindecarrera.com/tipos-compresores.htm
http://www.valvias.com/conexion-brida-valvula-tuberia.php
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ANEXOS
ANEXO A
ANEXO B
ANEXO C
ANEXO D
ANEXO E
ANEXO F
MATRIZ DE REGISTRO
Factores
Prueba de Disparo Rango 1
Presión igual a la del ajuste
2
Presión menor a la del ajuste
3
Presión hasta 130% presión de ajuste
4
Presión mayor o igual hasta 130% presión de ajuste
5
La válvula no disparó (hasta el 150% presión de ajuste)
Tipo de servicio Limpio Sucio Corrosivo Histórico de Fallas 0
Fallas reportadas
1
Fallas reportadas
2 Fallas no reportadas Efectividad de la calibración Alta efectividad Efectividad general Inefectividad
Ponderación
