Presión de calibración de válvula de seguridad vs. MAWP

Imagine que llega de Japón una estación reductora de presión de vapor o un patín (skid) de agua caliente. En la placa del recipiente aparece la 最高使用圧力 (saiko shiyo atsuryoku, presión de trabajo máxima permitida, MAWP) y la válvula de seguridad trae su propia presión de calibración. A los pocos meses de operar, la válvula empieza a gotear y alguien en el piso propone subir la calibración. Otra persona pregunta si, calibrándola más baja, el recipiente dejaría de estar sujeto a las reglas de recipientes a presión.

Las dos ideas parten del mismo error. La presión de calibración y la MAWP significan cosas distintas, aunque lleven el mismo número. La calibración debe ser coherente con la MAWP del equipo protegido, con la ley o norma aplicable y con el comportamiento de apertura y cierre de la propia válvula. Y una calibración correcta no basta: si la válvula no puede descargar el flujo que entra durante una falla, la presión sigue subiendo.

Esta guía usa dos ejemplos, una estación reductora de presión de vapor y una línea de agua caliente bloqueada, para explicar cómo se relaciona la calibración con la MAWP, qué protege realmente la válvula, cuándo hace falta y qué datos enviar en un pedido o una consulta. Explica qué revisar y quién decide. No es un procedimiento para elegir o cambiar una calibración. Confirme toda presión de calibración con el diseñador del equipo, el fabricante de la válvula y la norma o reglamento que aplique en su planta.

Contenido

1. Qué hace una válvula de seguridad
2. Presión de calibración vs. MAWP: dos números distintos
3. Cuándo hace falta una válvula de seguridad
4. Lista de verificación: datos para un pedido o consulta de válvula de seguridad
5. Preguntas para el proveedor o diseñador japonés
6. Límites de esta guía
7. Preguntas frecuentes
8. Fuentes

Qué hace una válvula de seguridad

Una válvula de seguridad (安全弁, anzen-ben) protege equipos y tuberías contra la sobrepresión. Cuando la presión llega al valor de calibración, descarga fluido. Permanece cerrada en operación normal y, en los diseños habituales, vuelve a cerrar cuando la descarga ya bajó la presión.

En una válvula de resorte, el resorte empuja el disco hacia el cierre y el fluido lo empuja hacia la apertura. Cuando la presión sube lo suficiente, el disco se levanta y abre un paso de la entrada a la salida.

Válvula de resorte simplificada. Las características de apertura y el efecto de la contrapresión cambian según el tipo de válvula.

Los documentos japoneses también usan el término nigashi-ben (válvula de alivio). Cuál se aplica depende del fluido de servicio y de las características de operación, así que no pase a una línea de líquido una válvula hecha para vapor. Revise los fluidos de servicio que el fabricante indica para ese modelo. Además, las válvulas de elevación total (全量式, zenryo-shiki) y las de elevación parcial (揚程式, yotei-shiki) tienen trayectorias de flujo y capacidades distintas, por lo que no se puede comparar la capacidad solo por el diámetro de conexión.

Una válvula reductora de presión (減圧弁, genatsu-ben) mantiene estable la presión aguas abajo. Una válvula de seguridad protege contra sobrepresiones anormales. Conviene separar las dos funciones: una es el control normal y la otra mantiene el sistema seguro cuando ese control falla. Las alarmas y disparos por interruptor de presión cumplen otro papel distinto. Cómo se combinan control normal, alarma, corte de suministro y alivio mecánico depende de las fallas que se necesite cubrir y de los requisitos del equipo.

Presión de calibración vs. MAWP: dos números distintos

Empiece por anotar por separado dos valores: la presión más alta que alcanza el sistema en operación normal y la MAWP del equipo protegido. La presión de calibración tiene que funcionar entre ambas, tomando en cuenta el comportamiento de apertura y cierre de la válvula, la ley o norma aplicable y la tolerancia de calibración.

La presión de calibración (設定圧力, settei atsuryoku; en inglés, set pressure; en piso también se oye «presión de ajuste» o «set») es la presión a la que la válvula debe empezar a actuar. La MAWP es la presión a la que el equipo tiene permitido trabajar. Aunque ambas se fijen en la misma cifra, no significan lo mismo.

La válvula no siempre cierra justo por debajo de la presión de calibración. Revise la distancia a la presión de operación incluyendo la diferencia de cierre (blowdown).

La presión de cierre (fukidomari atsuryoku) es aquella a la que la válvula vuelve a cerrar después de descargar. La diferencia entre la presión de calibración y la presión de cierre es la diferencia de cierre (blowdown). Si la presión normal de operación queda demasiado cerca de la presión de cierre, una válvula que ya abrió una vez puede no cerrar de nuevo y la operación deja de ser estable.

Tampoco entrega todo su flujo requerido en el instante en que empieza a abrir. Compare el aumento de presión durante la descarga con lo que tolera el equipo, usando la ley aplicable, el código de construcción y las condiciones de certificación de la válvula.

No existe una regla de sumar un porcentaje fijo a la presión normal para obtener la calibración correcta en cualquier sistema. Si la presión de operación oscila tanto que no cabe ninguna calibración viable, hay que revisar el diseño, incluidas las condiciones de operación y la presión nominal del equipo.

Use una sola base de presión en todo el proyecto. No mezcle presión manométrica con presión absoluta y confirme cuál usa cada plano y cada hoja de datos.

La calibración por sí sola no define la clase legal del recipiente

En Japón, el ajuste de la válvula de seguridad no decide por sí solo si un recipiente es un recipiente a presión regulado. La Orden de Aplicación de la Ley de Seguridad y Salud Industrial (労働安全衛生法施行令) clasifica los recipientes por su uso y presión de trabajo, combinados con el volumen interno y las dimensiones del casco.

En los recipientes a presión de Clase 1, la definición incluye cómo se usa el recipiente: calentamiento con un medio térmico, generación de vapor o calentamiento para separar sustancias. Los de Clase 2, que contienen gas, tienen sus propias condiciones. Ninguna presión única se aplica a todos los usos.

Revise cómo se relaciona la presión de trabajo usada para clasificar con la presión de calibración de la válvula, frente a las condiciones de diseño del equipo. Bajar la calibración de una válvula existente no prueba que el recipiente quedó exento. Si se suministra una presión mayor desde aguas arriba, no mire solo la presión normal después de la reductora. Confirme en los documentos de diseño qué presión se adoptó como condición de trabajo, incluidas las fallas del lado de suministro y las condiciones de calentamiento.

Para equipo nuevo, confirme la clase legal mientras todavía se definen uso, temperatura, presión y volumen. Para equipo existente, parta del certificado de inspección, la hoja de especificaciones y la placa de datos. Si cambian las condiciones de operación, revise qué trámites exige ese cambio. Trabaje primero desde el uso del recipiente y después revise los criterios, incluidos los de recipientes pequeños y exenciones.

El Reglamento de Seguridad de Calderas y Recipientes a Presión de Japón (ボイラー及び圧力容器安全規則) trata las válvulas de seguridad de las calderas (artículo 28) y de los recipientes de Clase 1 (artículo 65). El requisito básico en ambos es que la válvula se ajuste para operar a la MAWP o por debajo de ella. Los dos artículos también incluyen una excepción condicionada para instalaciones con más de una válvula de seguridad. Esa excepción no significa que una sola válvula pueda calibrarse por encima de la MAWP. Relacione cada artículo con el equipo concreto.

En México, la clasificación funciona distinto. La NOM-020-STPS-2011 (recipientes sujetos a presión, recipientes criogénicos y generadores de vapor o calderas) define la presión de trabajo máxima permitida y la «presión de calibración» de los dispositivos de seguridad como conceptos separados. Según los resúmenes de la norma que se consultaron, la categoría del recipiente depende, entre otros datos, de la presión de calibración, del volumen y de si el fluido es peligroso. Confirme los umbrales y las condiciones en el texto oficial vigente; aquí no se reproducen cifras.

Eso explica por qué en México la pregunta «¿y si la calibramos más baja?» suena razonable, pero no es una vía para cambiar de categoría. La calibración debe salir del diseño: por encima del rango normal de operación, sin superar la MAWP y con capacidad suficiente para la falla que se quiere cubrir. Cambiarla para obtener otra categoría modifica las condiciones de diseño y lo debe revisar el responsable del equipo y, si corresponde, su unidad de verificación. Además de la clasificación, la NOM-020 impone al centro de trabajo obligaciones de documentación y mantenimiento; confirme cuáles aplican a su equipo.

Para las válvulas de relevo de presión de resorte y piloto existe la NOM-093-SCFI (la versión de 1994 fue seguida por una de 2020; confirme con el proveedor cuál aplica a su válvula). Si el equipo se diseñó o certificó con otro código (por ejemplo, ASME), revise también sus reglas. Una válvula japonesa puede no traer la documentación que pide el lado mexicano, así que pregunte esto desde el pedido.

Revise cada componente que protege la válvula

Después, recorra cada componente dentro de la zona protegida por la válvula. No solo el tanque: también los intercambiadores de calor, bombas, instrumentos y componentes de tubería. Anote el límite de presión de cada uno.

La zona protegida depende de cómo se conectan las tuberías y de qué válvulas están abiertas. Haga una lista de todos los componentes para no pasar por alto el límite más bajo.

Los valores de catálogo a temperatura ambiente pueden engañar. Para bridas, válvulas y otras piezas que trabajan a alta temperatura, revise la clase de presión del material a esa temperatura.

Distinga entre «la presión que soportó en una prueba de presión» y «la presión a la que puede trabajar de forma continua». Una presión de prueba aplicada solo durante la prueba no justifica calibrar la válvula de seguridad por encima de la MAWP.

Una tubería con el mismo diámetro nominal no siempre tiene la misma presión nominal. Revise juntos el material, el espesor de pared y el tipo de unión. El número de cédula (schedule) que aparece en el plano es un punto de partida para el espesor.

En un intercambiador de calor, revise por separado el lado primario y el secundario, y considere lo que cruza si falla un tubo o una placa. Siga cada ruta por la que un fluido de alta presión podría llegar al lado de baja presión.

Una válvula de bloqueo entre el equipo protegido y la válvula de seguridad puede dejar ese equipo sin protección. Marque en los diagramas de tubería la posición de las válvulas en operación y en mantenimiento, y confirme en qué estados sigue abierta una ruta de alivio.

La caída de presión en la tubería de descarga y la presión del cabezal receptor generan contrapresión en la salida de la válvula. Si una válvula seleccionada para descargar a la atmósfera se conecta a un cabezal de recuperación sin revisar la contrapresión, su operación y su capacidad pueden cambiar.

Dirija la salida a un lugar seguro donde nadie pueda recibir vapor o agua caliente, y considere las cargas y reacciones en la tubería. Revise el punto de descarga, el drenaje del condensado y la protección contra congelamiento con el manual de instalación de ese modelo.

Cuándo hace falta una válvula de seguridad

Si se necesita una válvula de seguridad no depende solo de la presión normal de operación, sino de cuánto puede subir la presión durante una falla. Primero confirme qué dispositivos exige la normatividad y después enumere todas las formas en que una falla o un error de operación podría provocar sobrepresión.

Dos casos comunes son una presión de suministro alta que llega al lado de baja presión a través de una estación reductora, y un líquido atrapado que se calienta. Las causas son distintas, así que también lo son la capacidad requerida y el tipo de válvula adecuado.

Presión de suministro alta aguas arriba de la reductora

Cuando la presión de vapor o de agua se reduce antes de usarse, la presión de suministro puede superar lo que soporta el equipo aguas abajo. Si la válvula reductora de presión no cierra, el fluido puede seguir entrando desde el lado de alta presión a tuberías que normalmente trabajan a baja presión.

Poder pasar el consumo normal no hace suficiente a la válvula de seguridad. Calcule cuánto puede fluir aguas abajo con la reductora en su estado de falla supuesto y con las condiciones aguas arriba, y asegúrese de que la válvula pueda descargar ese flujo.

No elija por el diámetro de conexión ni por el consumo normal. Compare la capacidad bajo las condiciones de falla supuestas.

Tome una planta ficticia donde la entrada de vapor durante la falla se evalúa en 800 kg/h (unas 1,760 lb/h). Una válvula candidata con capacidad de 600 kg/h, bajo las mismas condiciones de presión, temperatura y contrapresión, se queda corta.

Una candidata de 1000 kg/h pasa una comparación simple de capacidad contra esa entrada. Esto no es un margen de seguridad recomendado. Las correcciones de capacidad o los requisitos de código son condiciones aparte que se incorporan al seleccionar la válvula.

La capacidad de descarga cambia con la presión de calibración y con el estado del fluido, incluso con el mismo diámetro nominal. Para cada cifra de una tabla de capacidades, lea las notas y vea bajo qué condiciones se midió o calculó.

Incluya las rutas de flujo que se crean por la forma de operar la planta, como un bypass de la reductora que se dejó abierto. Si varias rutas de suministro pueden estar abiertas al mismo tiempo, no se quede revisando cada flujo normal por separado.

Una válvula de seguridad no sustituye a una reductora ni debe modular de forma continua. Una válvula que descarga todo el tiempo es un síntoma que hay que investigar. Si sigue abriendo, registre la presión aguas arriba, la presión aguas abajo de la reductora, la carga de operación y la hora en que empezó la descarga. Revise si el flujo varía con el tiempo, teniendo presente la diferencia entre flujo estable y flujo pulsante, y compare los registros con las condiciones reales de carga.

Antes de subir la calibración para detener la descarga, revise si falló la reductora, si hay fuga por el asiento y si el manómetro tiene error. También pueden ser la causa residuos en el asiento o un problema del lado de descarga, así que no dé por hecho que la presión simplemente está alta.

Expansión térmica en líquido confinado

Cuando un tramo de tubería lleno de líquido se cierra por ambos extremos, el volumen adicional por el aumento de temperatura no tiene a dónde ir. El agua casi no se comprime, así que el calentamiento solo puede elevar la presión bruscamente, aunque no entre vapor.

El flujo de alivio requerido es distinto si solo hay expansión térmica o si continúa una ebullición o una entrada desde alta presión.

Esto no se limita a los sistemas de agua caliente. También ocurre en tramos aislados para dar mantenimiento a un intercambiador de calor y en tuberías exteriores expuestas al sol. Aun con el equipo parado, revise en los diagramas de tubería qué válvulas cerradas formarían un tramo lleno de líquido.

Cuando la expansión térmica del líquido es la única causa, liberar el volumen adicional puede bastar para mantener baja la presión. Esa lógica de pequeña capacidad no se aplica si una fuente de alta presión sigue alimentando el tramo o si el calentamiento genera vapor.

Un tanque de expansión absorbe la expansión normal. Mantenga separadas las dos funciones, absorber la expansión normal y aliviar la presión anormal, y combine la protección que necesita cada caso. Un tanque de expansión no sirve para un tramo cuando hay una válvula cerrada entre ambos. Revise la zona protegida también para las posiciones de válvulas durante limpieza, cambio de línea y paro, no solo en operación estable.

Al elegir una válvula de alivio para líquido (válvula de alivio térmico), conozca la temperatura del líquido descargado y a dónde va. El agua caliente liberada a la atmósfera puede evaporarse parcialmente al bajar la presión, así que ubique la salida donde no alcance a las personas ni dañe equipos cercanos.

En el piso, revise la placa con la presión de calibración, el sello y cualquier corrosión o fuga, siguiendo los procedimientos de paro e inspección de la planta. Una válvula que se ve bien no demuestra que entregue su capacidad nominal, así que revise también los registros de pruebas de funcionamiento y reparaciones. Investigue por separado «la presión no baja» y «la presión baja pero la fuga continúa». Llevar registros de cada apertura y de la presión facilita distinguir una capacidad insuficiente, las condiciones de operación y los problemas de asiento.

El fabricante japonés de válvulas Yoshitake, por ejemplo, pide por lo general que la calibración se especifique en el pedido o se cambie devolviendo la válvula a fábrica, y permite el ajuste en campo solo en ciertos modelos. Antes de cualquier cambio de calibración, revise las condiciones de diseño, los límites legales y el manual de instrucciones de ese modelo.

Algunos sistemas usan un disco de ruptura en lugar de una válvula de alivio, o junto con ella.

Lista de verificación: datos para un pedido o consulta de válvula de seguridad

Envíe estos datos como un solo conjunto. Las tablas de capacidad de distintos proveedores suelen basarse en condiciones diferentes, y un conjunto completo facilita detectarlo.

Dato	Qué indicar
Fluido	Nombre y estado (vapor saturado, vapor sobrecalentado, agua, otro líquido, gas)
Presión de calibración	Valor, unidades, manométrica o absoluta; quién la definió y con qué criterio
Equipo protegido	MAWP de cada componente de la zona protegida, a su temperatura de diseño
Temperatura de operación	Normal y máxima en la entrada de la válvula
Flujo de alivio requerido	Flujo en la falla supuesta (por ejemplo, reductora fallada abierta) y cómo se calculó
Conexiones	Diámetro de entrada y salida, norma y clase de presión
Descarga	A la atmósfera o a un cabezal; contrapresión esperada
Norma y ley	Qué reglamento o código aplica en el sitio de instalación (por ejemplo, NOM-020-STPS-2011 y NOM-093-SCFI; otro código de diseño si aplica)
Documentos	Inspecciones, registros de prueba y certificados requeridos

Preguntas para el proveedor o diseñador japonés

• ¿Cuál es la MAWP de cada componente de la zona protegida por la válvula de seguridad y a qué temperatura?
• ¿Para qué escenario de sobrepresión se dimensionó la válvula (falla de la reductora, bypass abierto, falla de tubo del intercambiador, líquido confinado)? ¿Qué flujo de alivio calcularon?
• ¿Bajo qué condiciones (presión, temperatura, contrapresión) es válida la capacidad nominal de la válvula?
• ¿Cuál es la diferencia de cierre (blowdown) y qué tan lejos está la presión de cierre de nuestra presión normal de operación?
• ¿Qué reglamento o código japonés aplicaron y cambia algo para la instalación en México? ¿Qué documentación necesitamos para la NOM-020-STPS-2011?
• ¿La presión de calibración de este modelo se puede ajustar en campo o debe regresar a fábrica? ¿Qué registros o sellos se requieren después de un cambio?
• ¿Hay válvulas de bloqueo que puedan aislar equipos de la válvula de seguridad durante la operación o el mantenimiento?

Un ejemplo de consulta que puede adaptar (conviene enviarla en inglés o con apoyo del personal japonés de la planta):

Asunto: Presión de calibración de la válvula de seguridad en [tag del equipo]
La válvula de seguridad de [tag] (presión de calibración [valor] MPa manométricos) empezó a descargar durante la operación normal. Antes de cambiar nada, le pedimos confirmar: (1) la MAWP y la temperatura de diseño de cada componente que protege, (2) el escenario de sobrepresión y el flujo de alivio usados para el dimensionamiento, (3) la diferencia de cierre (blowdown) y (4) si la presión de calibración puede ajustarse en sitio en este modelo o debe restablecerse en su fábrica. No cambiaremos la calibración hasta recibir su respuesta.

Subject: Safety valve set pressure on [equipment tag]
The safety valve on [tag] (set pressure [value] MPa G) has started to discharge during normal operation. Before we change anything, please confirm: (1) the MAWP and design temperature of each component it protects, (2) the overpressure scenario and relief flow used for sizing, (3) the blowdown, and (4) whether the set pressure may be adjusted on site for this model or must be reset at your factory. We will not change the setting until we receive your reply.

Límites de esta guía

• Esta guía explica cómo pensar la presión de calibración. No da valores de calibración, márgenes ni fórmulas de dimensionamiento.
• Los requisitos legales cambian por país y, en Japón, por clase de equipo. Las reglas japonesas descritas aquí son para equipo en Japón; las mexicanas se resumieron a partir de fuentes secundarias, así que confirme el texto vigente de cada norma.
• El flujo de alivio, la sobrepresión permitida y la diferencia de cierre dependen del código, del tipo de válvula y de la certificación del fabricante. Confírmelos con el fabricante de la válvula.
• Todas las cifras de planta de este artículo son ficticias.

Preguntas frecuentes

¿La presión de calibración de una válvula de seguridad es lo mismo que la MAWP?

No. Aunque se fijen en la misma cifra, la MAWP es el límite del equipo y la presión de calibración es el punto en que la válvula empieza a actuar. Confirme que la calibración cumple la normatividad aplicable y las características de la válvula, y que queda suficientemente por encima de la presión normal de operación.

¿Puedo evitar las reglas de recipientes a presión calibrando la válvula más baja?

No con el ajuste solo. En Japón, la clase legal depende del uso, de la presión manométrica máxima de trabajo y del volumen o las dimensiones, revisados contra las condiciones de diseño y operación que realmente se adoptan. En México, la NOM-020-STPS-2011 sí considera la presión de calibración al clasificar, pero esa calibración debe estar sustentada en el diseño. Cambiarla para cambiar de categoría debe revisarla el responsable del equipo.

¿Dos válvulas de seguridad del mismo diámetro tienen la misma capacidad?

No. La capacidad cambia con el tipo de válvula, el fluido y la presión de calibración. Lea las condiciones detrás de cada tabla de capacidades y compare las válvulas contra el flujo requerido bajo las mismas condiciones.

¿Qué hago cuando una válvula de seguridad no deja de descargar?

Siga el procedimiento de condiciones anormales de la planta. Revise si la presión realmente bajó y si sigue entrando suministro. Trate por separado la fuga por el asiento después de que la presión bajó, y no oculte la causa subiendo la calibración.

Si hay una válvula reductora de presión, ¿todavía necesito una válvula de seguridad?

No suponga que la reductora basta. Si falla, el equipo aguas abajo puede quedar por encima de su límite. Decida la protección contra sobrepresión a partir del flujo que entra durante esa falla y de la normatividad aplicable.

Fuentes

• Spirax Sarco: Safety Valves (conceptos básicos de la válvula de resorte; inglés)
• Spirax Sarco: Safety Valve Selection (presión de operación, presión de calibración, blowdown; inglés)
• Spirax Sarco: Safety Valve Sizing (condiciones de falla y capacidad de alivio; inglés)
• Spirax Sarco: Safety Valve Installation (tubería de descarga, drenaje, fuerzas de reacción; inglés)
• CGA PS-28, resumen (sobrepresión por expansión térmica de fluido atrapado; sus requisitos de instalación y recalificación de EE. UU. no se aplican en este artículo; inglés)
• e-Gov: Orden de Aplicación de la Ley de Seguridad y Salud Industrial, artículo 1, definiciones de recipientes a presión (japonés)
• e-Gov: Reglamento de Seguridad de Calderas y Recipientes a Presión, artículos 28 y 65 (japonés)
• Yoshitake: preguntas frecuentes sobre válvulas de seguridad (calibración, operación, fluidos de servicio; japonés)
• PLATIICA (Secretaría de Economía): NOM-020-STPS-2011 (recipientes sujetos a presión, recipientes criogénicos y generadores de vapor o calderas)
• DOF: NOM-093-SCFI-1994 (válvulas de relevo de presión de resorte y piloto)