Plantas, tanques, reactores, silos, o cualquier otro equipo que trabaje con presión, puede dañarse o destruirse por variaciones no controladas de dicha presión. Para proteger los equipos, y sobre todo a las personas, es necesario emplear equipos de seguridad que permitan eliminar el exceso de presión, proporcionando al fluido un punto de escape o salida.
Un disco de ruptura es un dispositivo de alivio instantáneo de sobrepresiones o depresiones.
Es un mecanismo que fallará si la presión en un recipiente sellado supera un límite superior, permitiendo así que la presión caiga antes de que se pueden producir otros eventos no deseados. Estas válvulas de seguridad se utilizan en muchas aplicaciones y sirven una amplia variedad de necesidades. También son conocidos como discos de ruptura o diafragmas de ráfaga.
Típicamente, una vez que falla el disco de ruptura, no puede ponerse a cero y debe ser reemplazado. Este requisito de diseño se basa en el razonamiento de que para mantener la seguridad de las operaciones, la causa de la condición de sobrepresión debe ser encontrada y solucionada. El equipo involucrado y el equipo que lo rodea y las estructuras también deben ser inspeccionados antes de su reutilización.
Criterios de diseño importantes para un disco de ruptura incluyen, ante todo, que el disco falle a la presión especificada dentro del rango especificado por el fabricante. Las diferencias en los límites de presión se logran por las variaciones en las propiedades del material, forma, y tamaño del disco y el sistema de montaje.
Los discos de ruptura, rotura, alivio o venteo son membranas fabricadas en diversos materiales, diseñados para romperse y permitir la evacuación o paso del fluido a una presión/depresión predeterminada. Los discos de ruptura ofrecen las siguientes ventajas frente a otros sistemas de alivio de presión:
- Bajo coste y prácticamente sin mantenimiento.
- Respuesta instantánea y sin fallos.
- Fugacidad prácticamente nula.
- Apertura completa.
- Alta fiabilidad.
Pueden ser utilizados como sistemas únicos de alivio o bien, asociados a una válvula de seguridad.
Usados habitualmente en la industria química, petroquímica, alimentaria y farmacéutica, también pueden formar parte de sistemas tan diferentes como los de inyección de combustible en cohetes, sistemas de extinción de incendios o trenes de aterrizaje.
Tipos de Discos
1– Discos de Ruptura Anversos
Se caracterizan por disponer de un lado convexo en contacto con el fluido a presión. Estos discos permiten un proceso a prueba de fallos. La ruptura se da cuando la presión / depresión supera la resistencia mecánica del material después de haber aumentado progresivamente la curvatura del disco.
Pueden constar de tres partes:
- Una sección metálica cortada y agujereada
- Una membrana de contención (normalmente en PTFE, disponible en muchos otros materiales)
- Una contra sección metálica de protección.
Excelente para el servicio con gases y líquidos, y en condiciones estáticas, cíclicas o pulsantes con una apertura instantánea con la sobrepresión y sin fragmentación. Es particularmente eficaz para la protección de válvulas de seguridad.
También puede ser completamente lisos, directos, en el que su sección calibrada es de tipo sólido. Es un sistema de protección simple y fiable adecuado para el servicio tanto para gases como en líquidos y para condiciones cíclicas pulsantes, reesponden en milésimas de segundo frente a la sobrepresión. Permite la instalación de soportes para el vacío o la contrapresión.
2– Discos De Ruptura Reversos
Se caracterizan por disponer su lado cóncavo en contacto con el fluido a presión. Estos discos permiten un proceso a prueba de fallos con presiones pulsantes.
Los discos reversos presentan una superficie convexa sujeta a la acción de la presión: la forma del disco no se modifica por la presión hasta alcanzar el punto de ruptura:
Pueden constar de 6 incisiones en lugar de las 4 usuales, que permite a los pétalos del disco abrirse de un modo más completo y sin riesgo de fragmentación siendo especialmente apto para presiones de disparo altas.
El espesor consistente del material empleado para la construcción de este disco le permite relaciones entre la presión de ejercicio y la de ruptura de hasta el 90% además de una resistencia optima a la corrosión.
Esto permite al dispositivo de operar con relaciones entre presión de ejercicio y presión de ruptura de hasta el 90% y de resistir a miles de ciclos sin que se vea afectada su fiabilidad. Al momento de la inversión, la apertura total se logra en pocas milésimas de segundo, a lo largo de la línea del entalle, evitando la fragmentación.
3– Discos Planos
La membrana plana le confiere unas determinadas características de ruptura a bajas presiones o el trabajo por los dos lados aplicando convenientemente los soportes de vacío o contrapresión.
Existen en versión plana y simple, o compuesto. El compuesto está formado básicamente por cuatro partes:
- Una sección metálica cortada y agujereada.
- Una membrana de contención (normalmente en PTFE, aunque disponible otros materiales).
- Una sección de protección.
- Un anillo de calibrado.
Este disco ha sido creado para ser insertado directamente entre las bridas.
Buen disco para el servicio tanto con gases como con líquidos, y en condiciones estáticas.
Óptimo para bajas presiones.
La apertura de este disco es inmediata y total, sin fragmentación.
Apto para la protección de válvulas de seguridad. Permite la instalación de soportes para el vacío o la contrapresión.
Son fabricados en grafito en una sola pieza.
Es un disco versátil y perfecto para innumerables aplicaciones, permitiendo su instalación directa entre bridas.
Los discos de ruptura en grafito se caracterizan por la resistencia a fluidos agresivos, y a una baja sensibilidad a la presión de ruptura y los cambios de temperatura.
Su material de fabricación es un grafito purísimo, impregnado con resinas fenólicas que le confieren la impermeabilidad necesaria para su aplicación.
La apertura de este disco es inmediata y total, con fragmentación.
Hay previsto un soporte de vacío para las presiones de ruptura inferiores a 1,7 bar g. Para calibrados superiores, el disco soporta el vacío perfectamente, sin requerir de soporte alguno.
Pueden ser montados en un anillo en acero inoxidable u otro metal para ser instalado directamente entre las bridas, y une la resistencia mecánica de un portadisco en acero, a las características de los discos en grafito (resistencia a fluidos agresivos y a una baja sensibilidad de la presión de ruptura a los cambios de temperatura).La apertura de este disco es inmediata y total, con fragmentación.
Hay previsto un soporte de vacío para las presiones de ruptura inferiores a 1,7 bar g. Para calibrados superiores, el disco soporta el vacío perfectamente, sin requerir de soporte alguno.
Discos de Ruptura de grafito de unidad sellada
Estos discos estan formados por un disco convencional de sección calibrada de tipo sólido, e instalada en un conector roscado.
Estas unidades han sido diseñadas para hacer fácil y fiable la instalación en planta de discos de pequeñas dimensiones que serían difíciles de manejar en ausencia de personal especializado.
El disco puede ser soldado al conector o insertado entre dos partes roscadas. Indicado para el servicio con gas y líquido, y en condiciones cíclicas y/o pulsantes.
En caso de sobrepresión, actúa en pocas milésimas de segundo. Es un modelo recomendado para la protección de plantas, aparatos y contenedores.
6– Portadiscos
Una completa gama de portadiscos (también llamados holders o cabezales) permiten instalar de una forma totalmente correcta, estanca y a prueba de fallos a una gran variedad de nuestros discos de ruptura.
7– Detectores
Detector de Ruptura del tipo Membrana
El indicador de ruptura tipo tipo Membrana es un instrumento simple y eficaz para dar a conocer la rotura del disco.
Se instala posteriormente al disco de ruptura (en el lado de descarga del portadisco, aguas abajo) entre bridas o dependiendo del tipo de disco, entre el portadisco y la brida.
Los cables del indicador de ruptura se conectan al sistema de seguridad de la planta o sistema de relés que den la señal de aviso adecuado.
A la ruptura del disco, el circuito se rompe, y consecuentemente el flujo de corriente es interrumpido, permitiendo a los aparatos o relés conectados sensar la apertura del circuito eléctrico y la rotura del disco.
Detector de Ruptura Magnético
Consta de dos partes:
- Por una parte hay el detector propiamente dicho, roscado en el portadisco (lado venteo) y siempre exterior al sistema y al fluido.
- Por la otra parte hay el actuador ubicado en el disco (es un imán instalado en fábrica. Uno por disco).
Cuando el disco abre, el actuador/imán se desvía de su posición y el detector deja de notar su influencia, permitiendo la señal de alarma.
Detector de Ruptura Magnético
Detector de Ruptura Inductivo
El modelo inductivo consta de dos partes:
- Por una parte hay el sensor de proximidad inductivo que se instala en el portadiscos lado descarga, en su alojamiento roscado, e indica cuando el disco de ruptura ha abierto.
- Por la otra parte hay el actuador ubicado en el disco (es un imán instalado en fábrica. Uno por disco).
Cuando el disco abre, el actuador/imán se desvía de su posición y el detector deja de notar su influencia, permitiendo la señal de alarma.
Detector de Ruptura Óptico
Es el modelo más seguro, compatible con cualquier fluido, limpio y fiable. Se requiere de una unidad por portadisco.
Se prepara el portadisco para roscar dos cables de fibra óptica a 180º. Los otros dos extremos se conectan a un elemento llamado amplificador, encargado de producir el haz de luz que viaja por la fibra óptica y por dentro del portadisco.
Cuando el disco abre, el haz de luz es interrumpido, el amplificador percibe el corte del haz y la señal de alarma es activada.
Al ser un haz de luz, hay una ausencia total de pistas eléctricas u otros sistemas de detección dentro del sistema o en contacto con el fluido, siendo totalmente seguro.
Usos y Posiciones
El disco de ruptura y la válvula de seguridad pueden emplearse independientemente como equipo de seguridad primaria o conjuntamente.
Las combinaciones posibles son:
1– El disco sólo: El disco como dispositivo de seguridad único en un sistema
2– Un disco y una válvula en paralelo: El disco es un dispositivo de seguridad suplementario (usualmente tiene una presión de disparo ligeramente superior a la de la válvula). Aplicación típica: protección de los tanques de gases licuados.
Disco y Válvula
3– Un disco aguas abajo de la válvula: El disco protege la válvula de los fluidos corrosivos que puedan encontrarse en el conducto de descarga.
4– Un disco aguas arriba de la válvula: Esta solución permite combinar los aspectos positivos de los dos equipos; la estanqueidad del disco y el cierre de la válvula. El disco protege la válvula aislándola de los fluidos agresivos o sucios, reduciendo la necesidad de mantenimiento del equipo más caro y delicado. Las ventajas son:
- Protección de la válvula de fluidos corrosivos o sucios.
- Reducción de los costes de manutención de la válvula (limpieza y calibración).
- Reducción del coste de la válvula al ser fabricada con materiales más económicos.
- Posibilidad de averiguar el correcto funcionamiento de la válvula sin parar la planta y sin desmontarla.
5– Dos discos en serie: Sistema de doble seguridad para sistemas muy peligrosos o con altas presiones pulsantes.
Habitualmente son sistemas que se equipan con un manómetro y una válvula de exceso de flujo conectados al espacio que hay entre ellos.
Si un disco de ruptura es calibrado a la misma presión que la de la válvula u otro disco en serie, no debe acumularse presión en el espacio existente entre ambos. Este espacio debe ser controlado y, si es necesario, vaciado.
5– Dos discos en paralelo: Sistema seguridad doble para sistemas en los que no puede quedar abierto el conducto de venteo ni sin sistema de seguridad desde el momento posterior al venteo hasta la reposición del disco usado.
El disco de ruptura además de adaptarse prácticamente a cualquier necesidad, es particularmente idóneo, y hasta indispensable, para bajísimas y altísimas presiones, o en presencia de fluidos tóxicos o costosos. Es un elemento seguro y sin problemas de mantenimiento, a pesar de ser económico.
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FUENTES:
M.J.D.
http://www.prucommercialre.com/que-es-un-disco-de-ruptura/
http://www.tecnovent.com/sobrepresiones/discos/discos.htm
