Válvulas de alivio de
seguridad de presión:
confusión entre API y
ASME
Ben Taylor
Ben Taylor
Gerente del Departamento de Sistemas de Control en Anvil Corporation
Fecha de publicación: 7 de feb de 2017
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**Actualización de este artículo, 7 de junio de 2022 : Si este
artículo le resultó útil, aquí hay un enlace a otro artículo que
encontré recientemente que hace un buen trabajo explicando el
tema: CUIDADO CON LOS INGENIEROS: API vs ASME Tamaño
del orificio de la válvula de alivio - Petro Chem Engineering
(petrochemengg.com)
Consejos de ingeniería: Dimensionamiento y selección de PSV
Cómo la comprensión de los estándares API y ASME puede
ayudar a evitar el sobredimensionamiento de los PSV y sus
respectivos sistemas de tuberías
NOTA: este artículo está escrito para un público que está
familiarizado con los PSV, el tamaño de los PSV y los estándares API
y ASME en un nivel básico. Inicialmente escribí este artículo a
principios de 2017 y, debido a algunos excelentes aportes y
preguntas, realicé revisiones significativas para aumentar la
claridad a mediados de 2018. Espero que te sea útil, ¡envíame un
mensaje con cualquier comentario / pregunta!
El enigma
Si alguna vez ha dimensionado/seleccionado una válvula de alivio
de seguridad de presión (PSV) utilizando programas de
dimensionamiento de proveedores o cálculos manuales,
probablemente se haya encontrado con una anomalía muy
extraña: ¿Por qué cambia el tamaño de un orificio PSV entre los
conjuntos de datos del Instituto Americano del Petróleo (API) y la
Sociedad Americana de Ingenieros Mecánicos (ASME)? ¿Qué es un
área de orificio "efectiva"? ¿Cómo sé qué estándar usar al
seleccionar un PSV?
Por lo general, este problema es de curiosidad y no afecta el
resultado final de la válvula que se elige. La práctica común es
utilizar de forma predeterminada las ecuaciones y los parámetros
de tamaño de la API, y utilizar solo conjuntos de datos ASME para
situaciones fuera de las designaciones de letras de la API. Pero,
¿qué pasaría si le dijera que es probable que ese enfoque le haga
sobredimensionar aproximadamente el 10% de sus PSV y sus
respectivos sistemas de tuberías?
Normas a las que se hace referencia en este artículo:

Código de Calderas y Recipientes a Presión de ASME
(BPVC), Sección VIII

Práctica recomendada (RP) de API 520

Práctica recomendada (RP) de API 526
ASME y API: a medida o no a medida
La mayoría de las veces, simplemente usar conjuntos de datos de
API está bien. Y debo señalar que este es un enfoque conservador,
por lo que no cometerá un error al hacer esto. Pero, ¿sabías que
los PSV están certificados según las capacidades de ASME, no API?
¿Y sabías que esas capacidades de ASME son casi siempre más
altas que las de API? Supongo que no, porque hay muy pocos
recursos disponibles que hablen de este tema. Me ha parecido
común que los ingenieros entiendan bastante bien la API 520,
pero tienen un conocimiento práctico muy limitado de cómo entra
en juego el ASME BPVC.
En primer lugar, aclaremos los principales papeles que
desempeñan API y ASME en este tema, y cómo se pretende utilizar
los estándares:
1. API 526 proporciona criterios básicos de diseño para PSV y está
dirigido a los fabricantes.
2. API 520 proporciona métodos detallados para a) determinar las
cargas de alivio específicas requeridas y b) seleccionar tamaños de
válvulas genéricos preliminares.
3. ASME BPVC rige las pruebas y la certificación de válvulas.
Con demasiada frecuencia, dejamos esa tercera parte fuera del
proceso, y simplemente calculamos las cargas de alivio y
seleccionamos las válvulas utilizando técnicas API, sin siquiera
verificar nuestra selección con los datos certificados por ASME. La
correcta aplicación de estas normas es el primer punto clave de
este artículo:
El dimensionamiento inicial y la selección de la válvula se realizan
mediante ecuaciones API, y la selección y certificación final de la
válvula se realiza mediante coeficientes y capacidades certificados
por ASME.
Al dimensionar un PSV, las ecuaciones de dimensionamiento son
siempre API 520. Cuando un PSV está certificado, siempre está
certificado según ASME BPVC (¡ya sea que uno "seleccione" la
certificación ASME o no!) Es importante recordar que el ASME
BPVC es el "código", el estándar al que debemos diseñar. API
520/526 son "prácticas recomendadas" que se desarrollaron para
brindar a los ingenieros una herramienta para cumplir con los
requisitos de ASME. Otra forma de verlo: ASME BPVC establece el
objetivo, API 520/526 proporciona las instrucciones y ASME tiene
la última palabra.
ASME BPVC: ¿Cuáles son las reglas?
El BPVC es un código enorme, y no se revisa en detalle aquí. Sobre
el tema de los PSV, básicamente dice que un PSV debe ser capaz
de aliviar la carga requerida, y debe ser probado de una manera
específica para ser certificado para hacerlo. Si una válvula se
prueba según las instrucciones específicas del BPVC, estará
certificada por ASME y recibirá un sello UV de ASME.
NOTA: al especificar un PSV para un recipiente a presión, es
importante especificar siempre que se requiere el sello UV. Hay
ocasiones en las que un PSV sin código es aceptable, pero eso está
fuera del alcance de este artículo.
API 526: Diseño estandarizado de válvulas
Lo primero que hace API es intentar estandarizar los tamaños y el
diseño físico de PSV, y lo hace en API RP 526, que está dirigido a
los fabricantes de PSV. API proporciona tamaños de válvula
predefinidos, con designaciones de letras de la D a la T (API 526).
También define otros detalles dirigidos a los fabricantes de
válvulas (como las clasificaciones de temperatura). Todo esto está
pensado como estándares mínimos de diseño, y los fabricantes
son libres de exceder estos parámetros como deseen.
API 520: Ecuaciones de dimensionamiento de PSV
Lo segundo que hace la API es proporcionar ecuaciones y
parámetros estandarizados para usar cuando se trata de averiguar
qué tamaño de PSV se necesita para un escenario en particular.
Las ecuaciones tienen en cuenta los parámetros de diseño de los
que ASME no habla, como las propiedades específicas de los
fluidos, las contrapresiones, el flujo crítico, el flujo bifásico y
muchos otros aspectos de la dinámica de fluidos que afectarán la
capacidad de una válvula en particular para aliviar una carga
requerida.
Las ecuaciones de dimensionamiento API son, por naturaleza,
teóricas, estandarizadas y utilizan valores predeterminados o
"ficticios" para varios parámetros de dimensionamiento que pueden
o no reflejar los valores reales de cualquier válvula específica.
API RP 520 habla muy claramente de esto y enfatiza que el uso
previsto de sus ecuaciones es determinar un tamaño de válvula
preliminar, que debe verificarse con datos reales. API tiene la
intención de que el dimensionamiento de PSV sea un proceso de
dos pasos, pero a menudo no somos conscientes de esto porque
no leemos el estándar completo y/o confiamos únicamente en el
software de dimensionamiento del proveedor que nos oculta la
iteración. Consulte API 520, parte 1, sección 5.2 para obtener más
información.
La intersección
Cuando se construyen válvulas, se construyen según el estándar
API RP 526, sin embargo, como se puede imaginar, cuando las
válvulas se prueban y certifican, los resultados no coinciden de
manera idéntica con los valores teóricos que se calcularon. Aquí es
donde API y ASME se cruzan; pasamos de los cálculos (API) que se
utilizaron como base para diseñar la válvula, a los datos empíricos
reales (ASME) para certificar la válvula. Cuando un fabricante de
válvulas obtiene el sello de código UV que certifica el tamaño y la
capacidad del orificio de la válvula, se basa en los resultados reales
de las pruebas, no en los estándares de dimensionamiento API. Y
ASME (que fue el primero) no tiene designaciones de letras
escalonadas. Los tamaños típicos de D, E, F, etc. a los que nos
referimos son estrictamente una herramienta API, y las
certificaciones de capacidad de ASME son completamente
independientes de ellos.
Un ejemplo
A continuación, se muestra un escenario de ejemplo en el que
todo esto llega a una conclusión confusa:
1. ABC Valve Company construye una válvula, con el objetivo de
cumplir con las especificaciones de diseño de un orificio API N,
que según API es un área efectiva de 4,34 pulgadas2.
2. Prueban el producto final de acuerdo con ASME BPVC y
obtienen un resultado que equivale a un área de orificio efectiva
de 4.90in2. Esta es su área efectiva ASME.
3. Un ingeniero externo (usted), al intentar seleccionar un PSV,
ejecuta un cálculo de dimensionamiento utilizando ecuaciones API
520 en el software de dimensionamiento de ABC Valve Company,
obtiene un resultado que requiere 4.66in2 para aliviar la carga y
ahora está completamente confundido sobre qué tamaño de
válvula seleccionar.
Si se selecciona el conjunto de datos de la API en el software de
dimensionamiento de este ejemplo, se eliminarán
automáticamente las válvulas de orificio N como opción y se
elevará al usuario a un orificio P. Sin embargo, si simplemente se
selecciona el conjunto de datos ASME, la válvula de orificio N
reaparece mágicamente como una opción. ¿Cómo puede ser esto?
¿Funcionará o no el orificio N?
La respuesta corta es sí, está certificado para un área real de
4.90in2. Por lo tanto, el orificio "N" para este PSV específico
funcionará, y está certificado para hacerlo, en esta aplicación.
Recuerda: usa API para acercarte y ASME para confirmar la
respuesta final.
Digiere eso por un momento. Si ha dimensionado y comprado
más de una docena de PSV, es probable que haya seleccionado
inadvertidamente un PSV de un tamaño completo más grande de
lo que necesitaba, en una situación muy parecida a la de nuestro
ejemplo, simplemente porque eligió un PSV en función de su
"clasificación" API en lugar de su clasificación ASME real,
certificada y sellada. Si se trataba de una válvula pequeña, el
impacto probablemente fue nulo. Pero, ¿qué pasaría si esto
sucediera en una válvula que resultara en la selección de un PSV
8x10 cuando podría haber usado un 6x8?
Una explicación más detallada
Si eres como yo, esa respuesta no es muy satisfactoria. ¿Por qué
demonios es esto tan confuso? ¿Cómo puede simplemente
presionar un botón en el programa de dimensionamiento y de
repente se acepta un tamaño diferente de válvula? La clave está en
cómo se maneja el coeficiente de descarga principal, Kd, y cómo
se determinan las capacidades.
Hay varios valores K utilizados en los cálculos de API, todos los
cuales tienen valores genéricos definidos en API 520 que se
pueden usar para el dimensionamiento preliminar. Estos son los
números utilizados en los cálculos de dimensionamiento iniciales
para acercarnos, luego (si lo hacemos correctamente) se
reemplazan con los valores reales / probados / empíricos
/ ASME cuando obtenemos una válvula certificada. Recuerde, cada
vez que escuche "certificado" o "sellado", piense en ASME.
Tomemos los números del ejemplo anterior, que provienen de un
intento de dimensionar una válvula para el alivio de líquidos. API
dice que se debe usar un valor de Kd = 0.65 para el alivio
líquido. Si se utiliza el conjunto de datos de la API en el software
del proveedor, el cálculo se detiene aquí y se obtiene un área
requerida de 4,66 pulgadas2. Cuando seleccionas una válvula, la
estás comparando con el área efectiva (real) API de un orificio N,
que es de 4,34 pulgadas2, que obviamente es demasiado pequeño
y lógicamente pasarías a un orificio P. Sin embargo....
Recuerde que el área del orificio N de la API es solo el punto de
referencia, un requisito mínimo, y puede o no (lo más probable es
que no) refleje el área real de un PSV de la vida real. Una vez que
se selecciona una válvula, todos esos valores K y capacidades
deben reemplazarse con valores K reales certificados por ASME,
también determinados por pruebas, que son específicos para cada
modelo de válvula, y los cálculos deben realizarse nuevamente.
Normalmente, los valores K certificados por ASME son más
pequeños que los valores ficticios de API, lo que aumenta el área
del orificio requerida. Por lo tanto, los fabricantes de válvulas
tienen que sobrediseñar sus válvulas para compensarlo, lo que da
como resultado áreas y capacidades certificadas por ASME que
generalmente exceden las API de referencia. ¿El resultado final de
todo esto?
La capacidad certificada por ASME de cualquier válvula dada casi
siempre excederá su capacidad API.
(casi) todo se reduce a una pequeña frase furtiva en el ASME BPVC
que exige un factor de seguridad del 10% en el Kd determinado
empíricamente que "descalifica" la válvula (consulte ASME BPVC
Sección VIII, UG-131.e.2). Este dato parece ser un hecho poco
conocido que es clave para el dimensionamiento y la selección
adecuados de PSV, porque como ingenieros a menudo
acumulamos factores de seguridad unos sobre otros y
sobredimensionamos nuestros equipos. No puedo destacar esto
lo suficiente:
... al seleccionar un conjunto de datos ASME en la iteración final de
la selección de válvulas, ¡incluye automáticamente un factor de
seguridad del 10% en su diseño!
Mencioné anteriormente que los valores de ASME K son casi
siempre más bajos que los valores de API, debido a esta reducción
del 10%. El PSV en nuestro escenario de ejemplo tiene un Kd
determinado de 0,73, que se ajusta a la baja en un 10% para un
AMSE Kd final de 0,66, ligeramente más alto que el valor de API
ficticio (eso solo significa que esta válvula en particular demostró
que podía funcionar aproximadamente un 11% mejor que el flujo
teórico mínimo calculado por API cuando se probó). Por lo tanto,
para nuestra válvula en cuestión, el área ASME requerida es
ligeramente menor que el área API. Esto es atípico, pero no
inaudito, y nuevamente apunta a la importancia de verificar las
clasificaciones ASME de cualquier válvula que seleccione y
compararlas con los puntos de referencia de API.
Pero ese no es el panorama completo. Para nuestro ejemplo, el
efecto neto del ASME Kd es básicamente nulo. Entonces, ¿cómo es
que la capacidad de ASME es mayor? Esto nos lleva al último
concepto clave:
Cuando elige utilizar los datos ASME en una válvula específica, no
solo cambia el factor de tamaño Kd; El área real del orificio y, por lo
tanto, la capacidad de la válvula también se ajusta a valores
empíricos certificados. Por lo general, puede esperar que ambos
valores aumenten con respecto a los valores de la API.
¿A qué se debe esto? Simplemente que cualquier válvula del
mundo real suele estar sobrediseñada para que cumpla y supere la
capacidad mínima requerida de su tamaño API correspondiente.
¡Qué concepto tan simple, pero tan a menudo pasado por alto por
los ingenieros!
Volviendo a nuestro escenario de ejemplo: a pesar de que el ajuste
ASME Kd, y por lo tanto el área requerida, tuvo un efecto
insignificante, el área real del orificio ASME, y por lo tanto la
capacidad, es significativamente mayor que el área API y la
capacidad enumerada para un orificio N. A continuación, se
muestra un resumen:

Orificio API N: 4.340 in2

Área requerida calculada por API: 4.667 in2

Área requerida calculada por ASME: 4.624 in2

Certificación ASME para la marca X* 4N6: 4.900 in2
*Nota: estos son datos de un caso real; se omite la marca/modelo
específico de PSV. ¿Entendiste el resultado? La capacidad real y
certificada de esta válvula es casi un 13% más alta que la válvula
genérica de orificio N, ¡y eso incluye su factor de seguridad del 10%!
Con esta área de orificio ajustada, podemos comparar con el área
certificada por ASME (que siempre será más grande que el área
API), y tenemos nuestra respuesta final para el tamaño de la
válvula. A menudo, esto no dará como resultado una elección
diferente de válvula, pero a veces, como en el caso del ejemplo,
nos permitirá usar una válvula con una designación de letra API
que no parecía lo suficientemente grande en función de su área
efectiva API. Esto puede ahorrar tiempo y dinero a nuestras
plantas al evitar el sobredimensionamiento de las válvulas, lo que
lleva a sistemas de tuberías más pequeños para soportarlas. Y
recuerda, los valores de ASME son empíricos y tienen un factor de
seguridad del 10% incorporado, por lo que no tenemos que
preocuparnos por cortar demasiado el diseño; El conservadurismo
ya está incorporado en el método. ¡Podemos elegir la válvula de
orificio N de la marca X y dormir bien por la noche!
Resumen
Evite simplemente usar de forma predeterminada el conjunto de
datos de la API para la "calificación" final o la hoja de datos al
seleccionar un PSV. Utilice los cálculos de dimensionamiento de la
API tal y como están previstos: para la selección preliminar de
válvulas. A continuación, cambie al conjunto de datos ASME. Esto
a menudo (pero no siempre, recuerde, es específico de la válvula)
dará como resultado dos diferencias:
1. Un área de orificio real que es mayor que el área de orificio
designada por la carta API estándar. Esto está bien; simplemente
significa que el PSV seleccionado funciona un poco mejor, o es un
poco más grande, que las condiciones mínimas de diseño para su
designación de letra API.
2. Un área de orificio requerida que es mayor que la calculada por
API. Esto también está bien, y generalmente se debe a la
reducción del 10% en Kd que requiere ASME.
Notas finales: El tamaño y la selección del PSV es un tema
importante, y este artículo solo aborda un problema. He optado por
omitir referencias y citas específicas del código en un intento de
hacer de esto una guía general que sea útil para la mayoría de los
ingenieros, no una interpretación de los códigos. Muchos problemas
tangentes pueden derivarse de este artículo; Estaré encantado de
ayudarte con cualquier duda que pueda generar. Por favor, envíeme
un correo electrónico con cualquier comentario o sugerencia,
agradezco todos los comentarios.
Cada vez que seleccione un PSV que esté cerca de sus límites de
capacidad de API, una bandera debería sonar en su cabeza:
¡recuerde verificar la capacidad de ASME!
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31453 comentarios
Dhora Winnusa
Ingeniero Sr. de Seguridad y Prevención de Pérdidas en SBM Offshore
2 meses
¡Hola Ben! Es un artículo muy útil y permítanme compartirlo. ¡Gracias!
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Respuesta
KORICHI Aissa
Ingeniero de Inspección nivel 1
4 meses
Hola Gent Tengo una pregunta En caso de que un recipiente a presión tenga un PSV, ¿cuál es
la condición para ser una obligación? Muchas gracias
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Respuesta
John Daulton, P.E.
Ingeniero de Procesos
1 año
Interesante artículo. Gracias por compartir. No se trata en el artículo, pero es útil, los
coeficientes certificados por ASME y las áreas ASME son publicados por la Junta Nacional en la
publicación NB-18, disponible en línea de forma gratuita en la Junta Nacional. Un punto
importante, las áreas ASME y los coeficientes de descarga siempre deben usarse juntos o las
áreas API y los coeficientes de descarga deben usarse juntos; nunca mezclados y combinados.
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2 reacciones
Abhay Batulwar
Ingeniero Senior en Samsung Engineering India Ptv Limited
1 año
He revisado la información como mencionaste. Pero todavía estoy confundido. Si ASME
siempre excede la API, ¿por qué lo hace el proveedor de dimensionamiento de API? En ese
caso, debería haber calculado simplemente por ASME. Y también observé que muchos
proveedores consideran solo áreas según API 520, no por ASME en su oferta. Le ruego que dé
su punto de vista en resumen. 😀
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Muntadher Hasan
Ingeniero Sénior de Tuberías en PETRONAS
1 año
Gran artículo.. 👌
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