Este documento trata sobre la selección, instalación y mantenimiento de válvulas de seguridad para calderas. Explica los estándares aplicables como ASME y EN para el dimensionado correcto de las válvulas y la importancia de su instalación y mantenimiento para garantizar la seguridad de las calderas. También resalta la falta de entendimiento y mala práctica común con estas válvulas de seguridad.

1. Selección, instalación y
mantenimiento de válvulas
de seguridad para calderas
1
10° Reunión Junta Nacional de Inspección de
Calderas y Recipientes a Presión

2. Selección, instalación y
mantenimiento de válvulas
de seguridad para calderas
2

3. 3
En reconocimiento y memoria del Ing. Jaime González de Valvexport
(Colombia) quien contribuyó de manera desinteresada y apasionada al
conocimiento y buenas prácticas de los dispositivo de alivio de presión
en la industria latinoamericana

4. 4
Seguridad y alivio de presión
 En la práctica de calderas, no hay otro
componente, menos entendido y peor
tratado que, los dispositivos de alivio de
presión (PRD). Esto incluye a
1. Fabricantes, distribuidores (algunos)
2. Usuarios
3. Prestadores de servicios
4. Entes gubernamentales
 Esto incluye aspectos tales como
 Dimensionado
 Instalación
 Inspección, calibración y reparación
 Una muestra evidente de esta situación
son las estadísticas anuales publicadas
en el Bulletin del National Board
 El registro de los accidentes, incidentes y
violaciones a los códigos está liderado
por las desviaciones efectuadas con los
dispositivos de alivio de presión (PRD)
 En Latinoamérica no tenemos datos
estadísticos reales y confiables
relacionados con estas cuestiones, pero
la inspecciones las ponen en evidencia

5. 5
Seguridad y alivio de presión
 En las instalaciones de generación de
vapor encontraremos equipos varios que
deben llevar dispositivos de alivio de
presión tales como:
1. Calderas o generadores de vapor con
todos o algunos equipos de
recuperación de calor tales como
sobrecalentador de vapor, recalentador
y economizador
2. Equipos auxiliares, como desaereador,
condensador, precalentadores de agua,
tanques de condensados o flash,
cañerías de vapor, combustibles, etc.
 Para cada grupo hay códigos aplicables
 Exceptuando a las calderas, las causas de
la sobrepresión en equipos auxiliares
pueden analizarse bajo herramientas
tales como
 ANSI-API 521: Pressure-relieving and
Depressuring Systems
 What If
 HazOp
 Estos métodos forman parte de las
recomendaciones del nuevo código
ASME Section XIII-2021

6. 6
Seguridad y alivio de presión

7. 7
 Por sobrepresión, se entiende al
valor de la presión por arriba de
la presión de trabajo (Pt) o
nominal de operación de la
caldera o recipiente
 Esta sobrepresión (Pov) puede
tener distintos valores
1. MAWP  Pov  Pt
2. Pov  MAWP
3. 1.03 MAWP ≥ Pov  Pt
4. Pov  MAWP
 Siempre Pov  1.06MAWP
Seguridad y alivio de presión

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Bulletin – NBIC, Summer 2105
Seguridad y alivio de presión

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Bulletin – NBIC, Summer 2105
Seguridad y alivio de presión

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Normas para el dimensionado en calderas
 Los estándares internacionalmente aceptados para el diseño de estos elementos
son
1. Código Americano:
 ASME Section XIII-2021: Rules for overpressure protección
 ASME Section I: Rules for construction of power boilers
 ASME Section IV: Rules for construction of heating boilers
2. Código Europeo
 EN 12952-10: Water tube-boilers and auxiliary installations - Requirements for
safeguards against excessive pressure
 prEN 1268-1/5: Safety devices for the protection against excessive pressure- Part 1:
Safety valves.

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Normas para el dimensionado en calderas
 EN 12953-8: Shell Boilers - Requirements for safeguards against excessive pressure
 ISO EN 4126-1: Safety relief valve
 En el código ASME I, las cuestiones principales están en las partes siguientes
 PG 67-68.7 : requerimientos generales
 PG 69.1: certificación de la capacidad de alivio
 PG 71.2: montaje de las PRV
 PG 72: operación de la PRV
 PG 72.2: tolerancias en el set de las presiones
 PG 73.3: resorte, deformación

12. 12
Dimensionado de las válvulas
 Preguntas y dudas en la práctica industrial
1. El dimensionado puede hacerse según el
estándar API 520-Parte 1, en vez de ASME I?
2. Los resultados son iguales?, esto es,
tendremos el mismo tamaño de PSV?
3. Si compramos una caldera que operará a 65
bar pero provisoriamente trabajará a 25 bar,
ponemos las PSV para 65 bar y le
cambiamos los resortes por otros más
blandos?
4. Cómo se calcula el resorte para una PSV sino
consigo el original?
5. Qué norma específica aplica para el
dimensionado y ensayo de los resortes?
6. Las diferencias de temperatura entre la
calibración en banco y en la operación real
darán resultados idénticos?
7. Es necesaria la prueba de acumulación en
calderas que tienen sobrecalentador o
recalentador de vapor
8. Como en banco, la PSV se testea con N2 y
el fluido real es vapor. Debe aplicarse
conversión de capacidades?
9. Cómo aseguran las empresas de servicios
las tolerancias en la calibración ?

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Dimensionado de las válvulas
10. Presión de prueba diferencial en frío
( CDTP ) es aplicable a PSV bajo ASME I
11. Qué estándares reconocen el uso del
CDTP?
12. Se pueden usar válvulas de bloqueo en las
PSV de calderas?
13. Qué tipo de soporte debe tener la cañería
de escape de las PSV?
14. Se pueden usar reducciones de sección en
la entrada a una PSV?
15. Con dos PSV en el domo, puedo operar con
una sola y tener en reparación la otra?
16. Es posible usar válvulas pilotadas en
calderas de potencia?
17. Cómo influye el uso de un silenciador en la
operación de la PSV?
18. Todas las calderas que han sido sometidas
a procesos de upgrade o retrofit deben
recalcular las PSV?
19. Cual es la frecuencia recomendada para la
calibración de las PSV
20. Es indiferente el dimensionado de una PSV
por ASME I O ASME VIII?
21. Si desconozco el MCR cómo calculo la PSV?

14. 14
Normas para el dimensionado en calderas

15. 15
ASME I_PG 73 especifica los tipos de PRV que
se pueden usar en calderas
Tipos de válvulas para calderas según ASME XIII

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Tipos de válvulas para calderas

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Tipos de válvulas para calderas

18. 18
Tipos de válvulas para calderas

19. 19
Tipos de válvulas para calderas

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Dimensionado de las válvulas
ASME I la sección de la tobera
se calcula con la ecuación de
Napier

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Dimensionado de las válvulas
El símbolo del Código V se aplica a
válvulas cuyas capacidades de alivio
cumplen con PG-69 de la Sección I del
código ASME

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Dimensionado de las válvulas
 PG-67.2.1 La capacidad mínima de alivio
requerida de las válvulas de alivio de
presión, para todos los tipos de caldera,
no debe ser menor que la capacidad
máxima de evaporación diseñada a la
MAWP de la caldera, como sea
determinado por el Fabricante, y debe
basarse en la capacidad total de
quemado de combustible del equipo
limitado por las otras funciones de la
caldera
 El dimensionado de la válvula exige fijar la
capacidad de alivio y al respecto el código
establece
 PG-67.2 La capacidad de la válvula de alivio
de presión para cada caldera (excepto como
se indica en PG-67.4) debe ser tal que la
válvula o válvulas de alivio de presión
desalojen todo el vapor que pueda
generarse en la caldera sin permitir que la
presión se eleve más del 6% por encima de
la presión más alta de regulación de
cualquiera de las válvulas, y en ningún caso
más del 6% por arriba de la máxima presión
de trabajo admisible MAWP.

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Dimensionado de las válvulas
 Al respecto, el estándar europeo para
calderas acuotubulares EN 12952-10 en
la parte 5.1 establece que
 Cmáx ≥ MCR
 Capacidad total de alivio debe
demostrarse con las válvulas montadas
en la caldera mediante un test en
caliente
 Cual es la capacidad máxima de evaporación
de la caldera?
 Los fabricantes no especifican la capacidad
máxima de la caldera a la MAWP sino a la
presión de trabajo de la caldera
 Qué capacidad se considerará:
1. MCR
2. Capacidad pico
 La capacidad pico se expresa como
 Gpk = Fc. MCR
 Factor sobrecapacidad: 1.08 a 1.10

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Dimensionado de las válvulas
 Si no se puede calcular la capacidad de la válvula de alivio de presión, deberá
comprobarse por uno de los siguientes métodos (NBIC, Parte 4, sección 2)
1. Realizando una prueba de acumulación, es decir, cerrando todas las demás salidas de
descarga de vapor de la caldera y forzando los fuegos al máximo. Este método no debe
utilizarse en una caldera con un sobrecalentador o recalentador o en una caldera de
agua de alta temperatura
2. Midiendo la cantidad máxima de combustible que puede quemarse y calculando la
correspondiente capacidad de evaporación correspondiente sobre la base del valor
calorífico del combustible
3. Determinando la capacidad máxima de evaporación mediante la medición del agua de
alimentación. La suma de las de la válvula de seguridad marcada en las válvulas deberá
ser igual o superior a la capacidad máxima de evaporación de la caldera. Este método
no debe utilizarse en calderas de agua de alta temperatura de alta

25. 25
Dimensionado de las válvulas
NBIC, Parte 4, sección 2

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Dimensionado de las válvulas
 Cuando una caldera opera con 2
combustibles, cuál es la capacidad máxima
con ambas fuentes térmicas a full? El
combustible suplementario puede ser
posterior al diseño original
 PG-67.2.7.1. Para las calderas que usan
alimentación auxiliar en combinación con
la fuente de calor principal, el Fabricante
deberá incluir el efecto que esa
alimentación tiene en la capacidad total
requerida
 Una condición esencial, es la dada por la
parte
 PG-67.2.7.2. la caldera debe tener
controles que respondan a la presión del
vapor, que incluya al menos lo siguiente:
a) un control que disminuye la entrada total
de calor en la caldera de manera que el
vapor generado no supere la capacidad
máxima de evaporación diseñada a la
MAWP de la caldera
b) un control que dispara la entrada de calor
a la caldera si la presión alcanza el 106%
de la MAWP de la caldera (trip)
 En el ensayo de acumulación esto debe ser
verificado

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Dimensionado de las válvulas
 Carga máxima continua (MCR): 70 ton/h
 Carga pico: 10% MCR: 77 ton/h
 Presión de diseño (pd): 52 bar
 Presión de trabajo: 45 bar (domo)
 Temperatura de trabajo: 450ºC
 Presión salida sobrecalentador: 43 bar
 Superficie de calefacción caldera (Sb): 710 m2
 Pérdida de carga en el sobrecalentador: 2 bar

28. 28
Dimensionado de las válvulas
 A 1.06MAWP el sistema maestro
de control debe parar el suministro
de combustible y aire y cortar la
fuente de generación de calor
 ¿En calderas de biomasa el corte de
aire forzado y de la alimentación,
garantizan la paralización del
proceso de combustión del material
acumulado sobre la grilla?

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Instalación de las válvulas
Buenas Prácticas

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Buenas Prácticas
Instalación de las válvulas

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Buenas Prácticas
Instalación de las válvulas

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Bien
Mal
Instalación de las válvulas

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Malas Prácticas
Instalación de las válvulas

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Malas Prácticas
Instalación de las válvulas

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Equilibrio estático Equilibrio dinámico expansión
 Este análisis de las fuerzas expansivas es importante dado que pueden
generar tensiones peligrosas en las conexiones y soportes
Instalación de las válvulas

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Instalación de las válvulas

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Inspección y calibración
 Todas las actividades relacionadas con la
inspección, test y mantenimiento de válvulas se
efectúan conforme a los estándares:
1. API RP 576-2009: Inspection of Pressure
Relieving Devices
2. API 527: Seat Tightness of Pressure Relief Valves
3. ASME PTC 25-2008, Part III, Section 7 y 8:
Pressure Relief Device
4. NBIC 23 – Part 4-2017: Pressure Relief Device
 En función de las características del servicio
(tipo de fluido y criticidad del equipo
protegido) se definirán las inspecciones,
frecuencias y ensayos a realizar

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Inspección y calibración

39. 39
Inspección y calibración

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Inspección y calibración
 Vemos aquí los
reportes de una
inspección, seria,
detallada y muy
profesional hecho
por una empresa
de servicios

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Inspección y calibración

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Inspección y calibración

43. 43
Inspección y calibración

44. 44
Inspección y calibración

45. 45
Inspección y calibración
 En ASME PTC 25-2008, Part III, Section
8.3.2 / 8.3.3 / 8.4 se describen los
procedimientos de ensayos en servicio

46. 46
Inspección y calibración

47. 47
Inspección y calibración

48. 48
Inspección y calibración

49. 49
Inspección y calibración
 CDTP: Qué es? Dónde se aplica?
 Las condiciones reales de servicio en
las que se requiere que la válvula de
alivio de presión se abra, pueden ser
diferentes de las condiciones en las
que la válvula de alivio de presión se
ajusta para funcionar en un banco de
pruebas. Para compensar este efecto,
se especifica un CDTP para ajustar la
presión de ajuste de la válvula en el
banco de pruebas. El CDTP puede
incluir una corrección para la
contrapresión y/o temperatura
CDTP: Cold differencial test pressure

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Inspección y calibración
 Ejemplo: Se requiere que una válvula se abra a 500 psig en servicio, donde la
temperatura de servicio es de 400 °F y la contrapresión = 25 psig.
 Presión diferencial establecida = 500 psig – 25 psig = 475 psig
 Multiplicador de temperatura: 1.013 (del gráfico anterior)
 Presión de prueba diferencial en frío = 475 psig x 1,013 = 481 psig
 Esta válvula tendría una presión de ajuste estampada de 500 psig y un CDTP de 481
psig. También se marcaría una contrapresión de 25 psig. Una vez que la válvula está en
servicio con la contrapresión especificada aplicada a una temperatura de servicio de
400 °F, debe abrirse a la presión establecida deseada de 500 psig.

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Inspección y calibración
 𝑑2  .d.L , de donde
se deduce que la altura
de levantamiento vale
 L  d /4 (esto cumplen
casi todos los
fabricantes)

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Inspección y calibración
 Con relación a los resortes el parágrafo PG-73.2.3
de ASME I establece los requerimientos para su
diseño
 El diseño del resorte debe garantizar que cuando
la válvula de seguridad esté completamente
abierta, la deformación del resorte no supere el
80 % de la deformación máxima del resorte. La
deformación permanente no debe superar el
0.5% de la longitud libre luego de la precarga
 ISO 22705-1: Spring. Measurement and test
parameters

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Inspección y calibración
 Todo resorte en su ensayo exige
conocer un conjunto de
parámetros tales como
1. Spring rate: SR = P/L
2. Constant spring: K = - F/y
3. Free lenght: Lo
4. Initial tensión: L
5. Solid height: L
6. Resiliencia

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Inspección y calibración

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Inspección y calibración

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Inspección y calibración
 ASME PTC 25- Parágrafo 8-5
establece que de ser requerido, el
ensayo de estanqueidad del
asiento de la válvula se podrá
efectuar bajo API 527 u otro
método acordado

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Inspección y calibración
Detección de fugas por
termografia infrarroja

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Inspección y calibración
 Existen transmisores
acústicos inalámbricos
que van montados a la
salida de la PSV y
detectan las fugas en
caso de problemas de
estanqueidad

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Frecuencia de inspecciones
 Con qué frecuencia inspeccionar
y calibrar las PSV de calderas.
Hay varios criterios pero
dependerá de las leyes vigentes
en el lugar. En general, se hace
anualmente
NBIC – Parte 4, sección 3

60. 60
Reparación
Lapeado superficies