analisis completo sobre todos los casos de fallas de un empaque de una valvula de control

1. CAVITACIÓN DE UNA BOMA CENTRÍFUGA POR BAJO NIVEL
EN RECIPIENTE DE SUCCIÓN
Castillo García, Jorge Antonio (20114098D)
Soto Trillo, Juan Carlos (20104105H)
Moreno Domínguez, Leandro
Gallardo Alejo, Betsabe
Piero
Escuela de Ingeniería Petroquímica, FIP-UNI.
11/04/2014
1. INTRODUCCION:
Definiciones:
Bomba centrífuga:
Emplea la fuerza centrífuga para dar presión al
líquido y permitir el movimiento del fluido.
Válvula:
Dispositivo mecánico con el cual se puede
iniciar, detener o regular la circulación (paso) de
líquidos o gases mediante una pieza movible que
abre, cierra u obstruye en forma parcial uno o
más orificios o conductos.
Presión atmosférica:
En condiciones normales y al nivel del mar, su
valor es de 10,33 metros de columna de agua
(m.c.a.); 760 mm de columna de mercurio (mm
de Hg); 1.013,25 hPa; 1 atm o bien, 1,01 bar.
Temperatura ambiente:
La temperatura del ambiente en el cual el
emplazamiento de bombeo en un momento
dado.
Presión de vapor:
Presión a la que un líquido empieza a evaporarse.
Depende de la temperatura del líquido.
Implosión:
Colapso de una burbuja cuya presión interior es
menor que la externa.
Stripper:
Son pequeñas torres cuya función principal es
eliminar los componentes de bajo peso
molecular (volátiles) de los combustibles
extraídos lateralmente en las torres
fraccionadoras, el principio físico en el que se
basa su funcionamiento es la disminución de la
presión parcial de los componentes por la
inyección de un fluido (fase vapor) en el equipo.
En estos equipos se ajusta el punto de
inflamación de los combustibles. Los fluidos
normalmente usados son vapor o gas seco.
Válvulas de control:
La válvula de control es uno de los elementos
esenciales en la instrumentalización automática
para el control de procesos.

2. Explicada simplemente, una válvula de control
es un orificio variable en una línea. Cuando el
tamaño del orificio varía, el caudal del flujo
(líquido o gas) también cambia, para ciertas
condiciones dadas.
En la figura. A se encuentra la descripción de las
diferentes partes de una válvula de control. Ésta
es solamente una de las muchas variedades de
válvulas de control que se utilizan. Esta válvula
se mantiene normalmente cerrada por la acción
del resorte. La presión del aire en la parte
superior del diafragma abre total o parcialmente
esta válvula (el tapón de la válvula baja) según
sea la presión de aire transmitida desde el
controlador. Esta válvula es de cierre automático
en caso de fallo del aire (se necesita presión de
aire para abrirla). Sin embargo, el diseño de la
parte superior de la válvula (el sistema del
diafragma) puede ser tal que la válvula opere al
revés. En este caso el diafragma es mantenido en
su posición más baja por la acción del resorte
(válvula cerrada) y la entrada de aire está situada
debajo del diafragma y del vástago de conexión.
El cuerpo de la válvula puede ser de un solo
orificio (tapón simple) o de 2 orificios (tapón
doble).
La válvula de un solo orificio tiene solamente 1
orificio por donde pasa el fluido. Esto se ilustra
en la figura B. La válvula de 2 orificios en la
figura A tiene doble tapón y dos asientos por
donde el fluido puede pasar dividido en 2
direcciones.
El tapón es la parte móvil de la válvula que
provee la restricción de flujo variable. Para
satisfacer los requerimientos del proceso, se
diseñan varios tipos de tapones.

3. Se aplica presión de aire de instrumentos a un
lado del diafragma que presiona contra un
resorte de mucha resistencia. El movimiento del
diafragma se transmite directamente al tapón de
la válvula por una varilla. El diafragma y el
resorte están diseñados de tal manera que el
tapón de la válvula vaya de abierto a cerrado (o
de cerrado a abierto) con una presión de aire
sobre el diagrama de 15 a 3 psig (o de 3 a 15
psig). Para cambiar la posición de la válvula es
necesario cambiar la presión de aire. Las
válvulas se clasifican en: Válvulas de acción
directa y válvulas de acción inversa:
 Acción directa: Se abren cuando se
aumenta la presión de aire.
 Acción inversa: Se cierran cuando se
aumenta la presión de aire.
La mayoría de las válvulas pueden ser
cambiadas de acción directa a acción inversa. Se
especifica la válvula de acción directa o inversa
en el diseño de una planta para que, en caso de
fallo, la válvula se quede en una posición segura
tanto para el equipo como para el personal.
Control de nivel:
En casi todos los recipientes es importante
mantener un nivel definido de líquido. Por
ejemplo, en un acumulador, si el nivel de líquido
llegase a ser demasiado alto un producto bueno
podría perderse al sistema de antorcha. De igual
manera, al ser demasiado bajo se puede perder la
succión de la bomba que toma líquido del
recipiente. En la refinería los niveles de los
líquidos pueden ser medidos y/o controlados.
Los niveles se miden por medio de un sistema de
flotador. Un adecuado control y/o indicación en
la sala de control se hace a través del equipo
neumático o electrónico.
Las indicaciones de nivel pueden ser verificadas
a través del indicador de vidrio instalado
adyacente al instrumento.
El operario probablemente encontrara varios
tipos de controles de nivel en una refinería
básicamente todos son similares al sistema de la
figura G. El nivel de líquido se transmite al
controlador el cual cambia la presión de aire
sobre la válvula de control para mantener el nivel
deseado. Si el nivel es demasiado alto el
controlador incrementara la presión de aire sobre
el diafragma de la válvula de control (abre con
aire) causando así la disminución del nivel en el
separador (stripper).
Existen 3 niveles de control:
 Superior: Muestra un tanque con un
nivel normal de operación. El aire llega a
la válvula de control a 9 psig (0.6
Kg/cm2) y esta se abre al 50%.

4.  Medio: El nivel en el tanque sube, el aire
llega a la válvula de control a 15 psig (1.1
Kg/cm2) y esta se abre totalmente
(100%).
 Inferior: El nivel en el tanque baja. El
controlador manda una señal de 3 a 4
psig (0.2 a 0.3 Kg/cm2) a la válvula de
control y esta se cierra hasta solo un 10
% de abertura.
2. CAVITACIÓN:
El diccionario define este término como
“formación de burbujas de vapor o de gas en el
seno de un líquido, causada por las variaciones
que éste experimenta en su presión.” Cuando las
burbujas se colapsan aparecen unas oquedades o
picaduras, en la superficie del metal en contacto
con el líquido.
Existen dos formas para que un líquido hierva;
una de ellas es calentarlo hasta alcanzar su punto
de ebullición (100 ºC para agua). La 2ª manera
es reducir la presión a la que está sometido el
líquido hasta que éste entre en ebullición a
temperatura ambiente. En ambos casos, el
líquido hierve a una presión de vapor relativa a
una temperatura.
Causas:
En una bomba hay dos zonas donde puede
producirse el fenómeno de la cavitación:
 Cavitación en el ojo del rodete o de
aspiración.
Se produce cuando existe demasiado
vacío que excede la presión del vapor del
líquido bombeado. El líquido hierve y se
separa del resto. Las bolsas de vacío
aparecen en el centro del impulsor, que
es la zona de más baja presión, y se
desplazan hasta su implosión o colapso.
Este tipo de cavitación la causa una altura
de aspiración excesiva o bien, que el
NPSHD de la instalación se vuelva
insuficiente por aumento de la pérdida de
carga en la succión de la bomba
(obstrucciones parciales). La bomba no
provoca ambas situaciones sino su
entorno (instalación / aplicación).
 Cavitación en la tajamar de la voluta o
de impulsión.
Esta situación se da cuando la altura de
descarga es demasiado alta, desplazando
el punto de trabajo hacia la izquierda y
fuera de la curva de funcionamiento. La
cavitación se localiza entre el extremo

5. del álave del rodete y donde acaba la
envolvente del cuerpo o tajamar.
El líquido se “estira” debido al bajo
caudal y a la alta presión diferencial en
ambos lados del tajamar. Al paso de los
álaves, se forman y se colapsan burbujas
continuamente. Entre un álave y el
siguiente, aparecen burbujas que
permanecen en la tajamar hasta que el
siguiente álave la alcanza. Es entonces
cuando se crea una presión suficiente que
permite la implosión de la burbuja en el
extremo del álave. En la parte posterior
del álave ya se ha formado una nueva
burbuja que permanece ahí hasta que
implosiona en el siguiente álave.
3. PROBLEMA
Se tiene un stripper de Diesel (cuya alimentación
viene de la torre fraccionadora de crudo), en la
parte inferior hay una succión de la bomba que
en operación normal trabaja con presión de
descarga de 20 kg/cm2; el nivel del stripper se
controla con una válvula de control LV01 (rojo).
Toda válvula de control trabaja con un sistema
neumático y al fallar el suministro de aire, la
válvula pasa a modo seguro (se abre o se cierra
totalmente), en nuestro caso, queda toda abierta,
por este motivo se baja el nivel del stripper y la
bomba queda expuesta a trabajar en vacío, con
una presión de descarga menor a 5kg/cm2,
generando la cavitación, lo cual perjudica y daña
al sello interno produciéndose rupturas por altas
vibraciones.

6. 4. SOLUCIÓN:
Cuando una bomba cavita, se oye un ruido
característico que recuerda un martillo
golpeando una pieza de metal o como si la
bomba tuviera piedras en su interior e
impactaran constantemente. La forma más
precisa para detectar la cavitación es tomar
lecturas de presión en la aspiración e impulsión
de la bomba y medir con exactitud la velocidad
de trabajo de la bomba.
Con esta información, se consulta la curva
característica de la bomba y se determina dónde
está trabajando la bomba.
Si se sospecha que la bomba padece una
“cavitación de aspiración” la lectura de presión
en la brida de succión indicará un nivel de vacío
importante o, posiblemente, debe revisarse el
cálculo del NPSH. Evidentemente, si se abre la
bomba y en el rodete se observa algún ataque
similar a los descritos, entonces la cavitación ya
no es una sospecha sino que es una realidad.