Sistemas de alivio de
presión
Los equipos que componen una planta de proceso
deben protegerse de sobrepresiones causadas por
circunstancias anormales.
Los elementos más comunes son
•Válvulas de seguridad y alivio: Válvulas que permanecen cerradas por
acción de un resorte. Cuando la presión a la entrada vence la fuerza del
resorte la válvula se abre descargando hacia un lugar seguro. Se calibran
para que abran a la presión de diseño del recipiente que protegen
•Discos de ruptura: Elemento fusible que se instala en una boca del
recipiente, calculado para que rompa a una presión algo menor que la
que soporta el recipiente
•Válvulas de presión y vacío. Para protección de tanques atmosféricos.
Poseen clapetas que abren a muy baja sobrepresión o vacío permitiendo
aliviar gases o admitir aire en el tanque
Elementos de protección contra
sobrepresiones
Discos de ruptura
Válvulas de seguridad y alivio
Válvulas de presión y vacío
Código ASME: Obligatorio en USA
Define algunos requerimientos de protección contra sobrepresiones

Presión de operación: es la presión normal de trabajo del equipo. La que se
obtiene del balance de masas

Presión de diseño: Todos los procesos pueden tener fluctuaciones
consideradas normales y para las que se desea que la planta continúe
operando. Suele fijarse como un cierto % de la presión de operación (Por
ejemplo 10% o 2 kg/cm2 , lo que sea mayor)

Presión máxima admisible de trabajo (maximum allowable working
pressure). La fija el diseñador mecánico. Puede ser algo mayor que la
presión de diseño debido a la utilización de espesores standard de chapa

Presión de prueba hidráulica: Por código= 1.3 x p. diseño
Diseño de un sistema de alivio de presiones
Etapas
 Determinación del caudal a aliviar
 Selección del tipo de dispositivo
 Cálculo del área de alivio
 Diseño del sistema de descarga a atmósfera
Determinación del caudal
a aliviar
Determinación del caudal a aliviar
Hipótesis de contingencia única:
Se deben analizar todas las hipótesis de
contingencia y elegir la más crítica. Se supone
que las contingencias no ocurren en forma
simultánea
Se excluyen las fallas latentes
Determinación del caudal a aliviar
Caso de fuego externo
Determinación del caudal a aliviar
Caso de fuego externo
Determinación del caudal a aliviar
Caso de fuego externo
Aeroenfriadores: un caso complicado
Mucha superficie expuesta al fuego, pero en el caso de los
condensadores el volúmen líquido que contienen es pequeño.
En ciertos casos puede que ese líquido, totalmente vaporizado
sea un porcentaje pequeño del volumen de vapor del sistema.
API 521 no da ninguna recomendación, pero sugiere analizar:
 Considerar como superficie mojada solo la superficie sin aletas
 Para condensadores tomar el 30% como superficie mojada
 Considerar reemplazar 21000 por 12000 en la fórmula de Q
 Analizar instalar el equipo con pendiente para facilitar el
drenaje
 API 521 ed 2007: considerarlo como piping
Determinación del caudal a aliviar
Caso de fuego externo

Una vez calculado el flujo de calor, se debe traducir en un caudal a aliviar
Si se trata de un fluido que se vaporiza W= Q/l

Líquidos: considerar la expansión térmica: gpm= B.Q/500.g.c


B= coef expansión cúbica por °F
Q= BTU/h
C= BTU/lb°F
g= grav específica
Fluido cerca del punto crítico
Aproximación: tomar l= 50 BTU/lb cerca del punto crítico(API 521
3.15.3.1)
Determinación del caudal a aliviar
Caso de fuego externo

La evaporación del líquido contenido en el recipiente es lo que permite
evacuar el calor recibido

En el caso de los recipientes que no contienen líquido, la falla se produce
por alta temperatura del material. El único recurso es despresurizar el
equipo para reducir la presión a la que está sometido y enfriar con agua
externamente (recipientes con gas o fluidos supercríticos)
Despresurización: Típicamente reducir la presión un 50% en 15
minutos
Tener en cuenta la entrada de calor por el fuego, cambio de
densidad del vapor durante la despresurización y flasheo de
líquidos que pudieran estar en el sistema (usar módulo de Hysis)
Determinación del caudal a aliviar
Expansión térmica de líquidos confinados
(Ej tramos de cañerías que pueden quedar bloqueados llenos de
líquidos)
En general se pone una válvula de alivio de ¾” x 1”.
En grandes pipelines estimar la entrada de calor y calcular el
caudal a aliviar por dilatación térmica
Determinación del caudal a aliviar
Condiciones de proceso
Determinación del caudal a aliviar
Condiciones de proceso
Determinación del caudal a aliviar
Condiciones de proceso
Determinación del caudal a aliviar
Condiciones de proceso
Limitadores de caudal (orificio de restricción)
Caudal a través de un orificio
A= área i2
D= densidad (lb/ft3)
líquidos W = 2 1 4 0 .K o .A . Δ p .D
W= lb/h
∆p= psi
Ko= coef de orificio
Limitadores de caudal (orificio de restricción)
Caudal a través de un orificio
Gases o vapores
R 
W =K o.A.λ. p 1 .D 1 =
12.K o.A.p1.λ
R .T
1544
M
k 1


2/k
k
 p2 
 k   p2 

  2406 







p
 k  1   p1 
 1 


k
 2  k-1
si p 2 < p 2crit = p 1 
usar p 2crit para el calculo de 

 k+ 1 
Limitadores de caudal (orificio de restricción)
Caudales a través de una válvula globo
(valores en lb/h)
Presión de
entrada(psig)
Tamaño
½”
¾”
1”
1 ½”
2”
3”
11
VAPOR
165
495
82.5
AIRE O N2
110
137.5
213
373
604
1420
2350
5170
1400
2460
3990
9390
15500
34100
3860
6760
11000
25800
42600
93800
1240
2170
3520
8290
13700
38600
1590
2780
4510
10600
17500
38600
∆p a través de la
válvula (psi)
½”
¾”
1”
1 ½”
2”
3”
55
21500
37600
61000
144000
237000
522000
AGUA
82.5
26300
46100
74700
176000
210000
639000
110
30300
53200
86300
203000
33500
73800
1940
3400
5510
13000
21400
47100
Determinación del caudal a aliviar
Condiciones de proceso
Determinación del caudal a aliviar
Condiciones de proceso
Determinación del caudal a aliviar
Condiciones de proceso
Determinación del caudal a aliviar
Condiciones de proceso
Determinación del caudal a aliviar
Condiciones de proceso
Determinación del caudal a aliviar
Condiciones de proceso
Determinación del caudal a aliviar
Condiciones de proceso
Determinación del caudal a aliviar
Determinación del caudal a aliviar
Si fuera necesario modelar la rotura del tubo, el cálculo puede ser complejo. Se
debe analizar la capacidad de las cañerías que conducen el fluido de baja presión
para aliviar el caudal, teniendo en cuenta posibles efectos de vaporización,
aceleración de líquido etc
Determinación del caudal a aliviar

Explosiones:

No se pueden aliviar con válvulas de seguridad. Instalar discos
de ruptura, que aún no siempre son efectivos
En caso de ser posible, aumentar la presión de diseño.
Típicamente para hidrocarburos, la presión durante una
explosión aumenta 7 veces.
Si la explosión ocurre a presión atmosférica (ej flare KOD) llega
a 7 bar(a). Si se diseña el equipo a 4.5 bar(g) en la explosión
estaría por debajo de la presión de prueba hidráulica

Determinación del caudal a aliviar

Vaporización súbita

Ejemplo típico: Agua o hidrocarburos livianos en hot oil
Es muy dificil prever. Lo
mejor es cubrir con
procedimientos
operativos
Selección del
dispositivo de alivio
Selección del dispositivo de alivio






Válvulas de seguridad
(gases o vapores)
Válvulas de alivio
(líquidos)
Válvulas de seguridad
y alivio (gases o líquidos)
Selección del dispositivo de alivio
Válvulas de seguridad (gases o vapores)
Acción “pop”: abren
totalmente cuando se
alcanza la presión de set y
permanecen abiertas por un
efecto dinámico originado
en el cambio de dirección
del fluido a alta velocidad
en la hudding chamber. Ese
efecto da origen al
blowdown (una vez que el
fluido comenzó a descargar
se requiere que la presión
disminuya por debajo de la
presión de set para que la
válvula cierre
Selección del dispositivo de alivio
Válvulas de alivio
(líquidos)
Comienzan a abrir
cuando se alcanza la
presión de set y
alcanzan su máxima
apertura para una
acumulación igual al
10% de la presión de
set
Selección del dispositivo de alivio
Válvulas de seguridad
y alivio :
Pueden usarse para
cualquiera de las dos
funciones gracias a la
presencia de un anillo
de blowdown que
penetra dentro de la
hudding chamber. En la
posición superior actúa
como válvula de
seguridad y en la
posición inferior como
válvula de alivio
Selección del dispositivo
Válvula operada por piloto
Ventajas
Hasta alcanzar la presión de
set, la fuerza de cierre
aumenta con la presión
Independiente de la
contrapresión
Se puede automatizar para
que funcione como válvula
telecomandada
Inconvenientes
Posibilidad que se tape
El O ring es un elemento
delicado
Selección del dispositivo de alivio
Descarga de gas a través
de una tobera
Las válvulas de seguridad
trabajan en régimen crítico.
El caudal depende de la
presión del recipiente y del
área de la tobera y es
independiente de la
contrapresión, pero la
contrapresión juega un
papel importante en la
apertura de la válvula
Selección del dispositivo de alivio
Contrapresión:
Causada por la caída de
presión del gas en el
colector.
Contrapresión propia
(built up backpressure):
Causada por la descarga
de la propia válvula. No
existe si la válvula está
cerrada.
Contrapresión sobreimpuesta (superimposed backpressure): causada por las
descargas de otras válvulas
Selección del dispositivo

Efecto de la contrapresión
La fuerza sobre el disco en una
válvula convencional se ve
afectada por la contrapresión.
La contrapresión tiende a cerrar
la válvula
En una válvula de fuelle
balanceada la contrapresión
actúa sobre igual superficie en
ambas caras del disco
Selección del dispositivo
no balanceada
balanceada
Selección del dispositivo

Efecto del chattering en válvulas no balanceadas
Válvulas no balanceadas no pueden usarse cuando la contrapresión
propia es más del 10% de la presión de set
Selección del dispositivo
Chattering por alta caída de presión en la línea de entrada
Selección del dispositivo

Efecto de la contrapresión sobreimpuesta sobre una válvula convencional
Se debe corregir la tensión
del resorte
Si la contrapresión
sobreimpuesta es variable, la
válvula convencional no se
puede usar
Selección del dispositivo
Ventajas del fuelle
 No tiene la limitación del 10% de contrapresión propia.
Teóricamente se puede usar hasta 50% de sobrepresión,
aunque es aconsejable no más de 30%
 No hace falta corregir la tensión del resorte para contrapresión
sobreimpuesta
 Abre siempre a la misma presión
Inconvenientes
 El fuelle es un elemento delicado. Si se rompe el fuelle la
válvula deja de ser balanceada
 El fuelle debe estar venteado a la atmósfera. Peligroso si es un
gas tóxico en caso de rotura del fuelle
Selección del dispositivo
Discos de ruptura
Ventajas

Pueden construirse en materiales resistentes a la corrosión

Gran capacidad

Bajo costo
Inconvenientes

Pérdida del inventario y parada de la planta

Requiere mayor margen entre presión de operación y de rotura
Selección del dispositivo

Discos de ruptura

Presión de rotura especificada: la solicitada por el comprador
Presión de rotura estampada: La presión a la que el disco rompe según
ensayos realizados. Puede ser mayor o menor que la especificada, pero
debe encontrarse dentro del rango de fabricación indicado por el fabricante
Rango de fabricación: Es el rango de presiones dentro del cual el disco
puede ser estampado. Normalmente el fabricante indica un rango en más y
en menos con respecto al valor de la presión especificada
Tolerancia a la rotura: es la variación alrededor de la presión marcada
dentro de la que el disco puede romper
Relación de operación: cociente entre la máxima presión operativa y la
presión de rotura estampada. La sugiere el fabricante




Selección del dispositivo
Discos de ruptura
Forma de especificar
Selección del dispositivo
Tipos de discos
Selección del dispositivo

Combinación disco
válvula
Cálculo del área de alivio
Cálculo del área de alivio de la PSV
´Las válvulas de seguridad pueden
calcularse asumiendo una evolución
isoentrópica en la tobera
B alance de cantidad de m ovim iento
2
2
v 2 -v 1
 g .Δ z 
2
v= velocidad
p2
p 1 v .dp + F + W = 0
v  vol.especifico
en una tobera sin friccion (isoentropica )
v1= 0
v2 =
 z= 0 W = 0
W

A 2 .ρ 2
W .v 2
A2
2
1  W .v 2 

 
2  A2 
p2
p 1 v .dp
p2


2.  v .dp
 p 1

W

A2
v2
1/ 2
F=0

Cuando un fluido se expande isoentropicamente desde una presión p1
hasta p2 sin realizar trabajo, la expansion cumple con
v2 
W .v 2
A2


 2.  v .dp
 p1

p2
1/ 2
o bien
v2
.v 2

W
A2


 2. v .dp
 p1

p2
1/ 2
esta expresión da la velocidad másica a lo largo de la evolución




Se puede calcular a lo largo de la expansión el valor de v
(velocidad) y el valor de G (veloc másica)
Se observa que la función G vs p2 pasa por un máximo y
luego se reduce a pesar que aumente la velocidad
Esto implica que el área del conducto debe pasar por un
mínimo para mantener isoentrópico el flujo.
Es decir que se requiere una tobera convergente divergente

la tobera de la válvula de seguridad es solo convergente de
modo que ena vez alcanzado el G maximo en la garganta, la
presión cae bruscamente hasta el valor de la presión de salida

En la garganta se establece una presión distinta a la de salida
de la válvula
Si la presión de descarga de una válvula de seguridad es lo
suficientemente alta como para que no se alcance este valor de Gmax, la
presión en la garganta será igual a la presión de descarga.
Pero si la presión en la descarga es inferior a la que provoca el Gmax, la
expansión isoentrópica llega hasta la garganta con una presión mayor que
la de descarga, y luego el fluido disminuye bruscamente la presión a la
salida con una onda de choque altamente irreversible.
Cálculo del área de alivio de la PSV
v2 
W .v 2
A2


 2.  v .dp
 p1

p2
La integral se debe calcular
siguiendo una isoentrópica
El punto 2 corresponde a las
condiciones en la garganta de la
tobera
1/ 2
Es decir que la presión en la garganta siempre será la que provoque el
máximo G siguiendo una expansión isoentrópica hasta la presión de
descarga.
Si la presión de descarga es menor que la presión correspondiente al
máximo G, esa parte de la evolución no tiene lugar ya que se necesitaría
una tobera convergente divergente. Como la tobera solo tiene la sección
convergente, se produce la onda de choque desde la presión de garganta
hasta la presión de descarga.
El método entonces consiste en ir calculando para valores decrecientes de p2
el valor de la integral
 2 . p 2 v .d p 
  p 1

G 
v2
1/ 2
Si se llega a p2 sin haber alcanzado un máximo, esa será la presión de
garganta.
Si antes de llegar a p2 alcanzamos un máximo esa será la presión de garganta
Como calcular la integral?
La integral se puede calcular con ayuda de un simulador. Por
ejemplo Hysis.
En Hysis no existe un bloque de tobera isoentrópica, pero sí
existe una turbina isoentrópica
Comparando ambos procesos y planteando el balance de
energía mecánica para una evolución sin fricción ni variación
de altura
2
2
v 2 -v 1

2
p2
p1 v .dp + W = 0
E n una tobera con velocidad inicial cero
2
v2
2

p2
p1 v .dp = 0
E n una turbina
p2
p1 v .dp + W = 0
Es decir que el trabajo por unidad de masa en una turbina
isoentrópica es igual a la energía cinética que tendría un fluido a la
salida de una tobera isoentrópica evolucionando entre las mismas
presiones
Para cada presión intermedia pi se
puede calcular
 2. pi v .dp 
 p1

Gi 
vi
ji
1/ 2
 Wj

j 1
vi
El valor de presión pi que hace
máximo Gi corresponde a las
condiciones de garganta
Una vez calculado el Gmax se puede calcular el area de la tobera en la
sección de garganta como
A= W/Gmax
Siendo W el caudal másico que se quiere descargar
El área así calculada es un área correspondiente a una tobera ideal. Deben
aplicarse algunos factores de corrección que se encuentran en la norma API 520
y que veremos más adelante.
Es importante notar que este cálculo es totalmente independiente de si el fluido
es un gas, un líquido, una mezcla de ambos o un líquido que va flasheando a
medida que se expansiona en la tobera
En el caso de gases, es posible deducir teóricamente las ecuaciones de
expansión en una tobera isoentrópica combinando la ecuación de la evolución
isoentrópica y obtener en forma analítica la velocidad de flujo másico en la
garganta
p .
k
 cte
con la ecuación de estado
p.  = z.R .T
2
y con
v2
2


p2
v .dp = 0
p1
y m axim izando
v
 v. 
v
se obtiene
k 1
 2  k 1 k .M
G m ax= p1 

z1 . R .T1
 k 1
E n unidades S I
G = kg/s.m
2
R = 8314
L a form ula del A P I 520 es con G = kg/h.m m
k 1
G m ax= .0.03948 p1
 2  k 1 k .M


k

1
z1 .T1


p= P a
2
y p 1 en kP a y es

la ecuación anterior es válida cuando la función G pasa por un máximo,
es decir cuando en la garganta se alcanza el flujo crítico.

Es posible demostrar que en estas condiciones la presión en la garganta
vale
k
p 2c
 2  k 1
 p1 

k

1


por lo tanto, se puede calcular esta presión, y si resulta que
p2<p2c se tendrá flujo crítico en la garganta y una expansión
irreversible a la salida hasta alcanzar p2
Vale decir que en el caso de gases no hace falta calcular la curva de
expansión ya que es posible calcular directamente las condiciones en
la garganta

y la fórmula para el cálculo del área de la garganta, suponiendo
una tobera ideal en flujo crítico queda
A=
W
T1 . z1
p1.C
M
k 1
con C = 0.03948
 2  k 1
k

 k 1

Si resulta que p2 es mayor que p2c, la presión en la garganta será p2 y
entonces podemos calcular
G m ax 
 k 
2

k

1


2/k
k 1

k
1  r
 1 r


 . M .p 1 (p 1  p 2 )

R .z 1 .T1 .

siendo r = p 1 /p 2
si se ponen las presiones en kP a y se qu iere G en kg/h.m m
G m ax =
F2
M .p 1 (p 1  p 2 )
17.9
z 1 .T1 .
 k 
con F2= 

 k 1
2/k
k 1

k
1  r
 1 r





2
resulta
En el caso de un fluido incompresible, como es el caso de
un líquido que no flashea, las ecuaciones resultan aún
más sencillas, dado que la ecuación
2
v2
2

p2
p1 v .dp = 0
si  es constante se reduce a
G 
2. . p
y
G m ax= 2..(p1  p 2)
Vale decir que para gases y líquidos se dispone de fórmulas
analíticas que evitan el cálculo de la evolución isoentrópica
a lo largo de la tobera.
Si bien ese método es totalmente general, sólo tiene sentido
utilizarlo en los casos en que haya flujo bifásico. Por
ejemplo:
-Una mezcla bifásica ingresando a la PSV
-Un líquido que flashea dentro de la PSV
-Un fluido supercrítico que condensa en la PSV
Cálculo del área de alivio de la PSV
Formulas del API 520
k
 2 
G a s o v a p o r - F lu jo so n ico : p 2 < p 1 

 k +1
A=
1 3 1 6 0 .W
T .z
C .K d .P 1 .K b .K c
M
k 1
 2  k 1
C  520 k . 

 k 1

k -1
3 5 2 5 0 .V . T .z.M
C .K d .P 1 .K b .K c
A= mm2
Kd=Coef de descarga .
Típico: 0.975 para válvulas
0.62 para disco ruptura
p1= Kpa abs
T= Kelvin
W= kg/h
V= Nm3/min (15°C y 1 atm)
Kb= corrección por backpressure
(valvulas de fuelle balanceado)
Kc= corrección si se instala PRV + disco
de ruptura (= 0.9, si no =1)
Cálculo del área de alivio de la PSV
En una válvula balanceada, si la contrapresión es grande, también aparecen fuerzas
no balanceadas que pueden limitar el recorrido del disco, y esto tiene un efecto
sobre la capacidad.
Se debe corregir el caudal en función de la contrapresión con un coeficiente Kb
Cálculo del área de alivio de la PSV
F lu jo su b critico - g a se s o v a p o re s
V a lv u la co n v e n cio n a l (sin fu e lle ) o v a lv u la o p e ra d a p o r p ilo to
A=
1 7 .9 .W
z.T
F2 .K d .K c
M .p 1 .(p 1 -p 2 )
 k  2 /k
F2= 
 .r
 k -1 
 1 -r (k -1 )/k 


1
-r



4 7 .9 5 .V
z.T .M
F2 .K d .K c
p 1 .(p 1 -p 2 )
r = p 2 /p 1
A= mm2
Kd=Coef de descarga .
Típico: 0.975 para válvulas
0.62 para disco ruptura
p1= Kpa abs
T= Kelvin
W= kg/h
V= Nm3/min (15°C y 1 atm)
Kc= corrección si se instala PRV + disco de ruptura (= 0.9, si no =1)
Cálculo del área de alivio de la PSV
Líquidos:
A=
11.78.Q
G
K d.K w .K c.K v
p1-p2
Kd= Coef. de descarga. Como valor preliminar tomar 0.65 para PRV o 0.62 para disco rupt.
Actualmente el Código ASME VIII Div 1 requiere un ensayo certificado
p1: Presión de set + acumulación (Kpag)
P2: backpressure (Kpag)
G= Gravedad específica
Q= litros/min
Kc= 1 si sólo se instala la válvula
0.9 si se instala en combinación con disco de ruptura
Cálculo del área de alivio de la PSV
Líquidos (continuación)
K v = c o rre c c io n p o r v is c o s id a d =
2 .8 7 8 3 4 2 .7 5 

=  0 .9 9 3 5 +
+

0 .5
1 .5
Re
Re


Re=
1
Q .(1 8 8 0 0 G )
μ A
R e q u ie re u n a e s tim a c io n p re v ia d e A
Kw= Corrección por
backpressure (solo para válvulas
de fuelle balanceadas)
Cálculo del área de alivio de la PSV
Líquidos (continuación)
Si no se requiere certificación de Kd
A=
1 1 .7 8 .Q
K d .K w .K c.K v .K p
.
G
1 .2 5 p -p 2
El efecto de la
sobrepresión sobre el
coeficiente de descarga
se incluye en el
coeficiente Kp
P es la presión de set (sin
incluir acumulación)
Cálculo del área de alivio de la PSV












Orificios normalizados
D
0.11 i2
Q
E
0.196 i2
R
F
0.307 i2
T
G
0.503 i2
H
0.785 i2
J
1.33 i2
K
1.83 i2
L
2.85 i2
M 3.6 i2
N
4.34 i2
P
6.38 i2
11.05 i2
16 i2
26 i2
Un mismo tamaño de cuerpo puede
tener varios tamaños de orificio
Seleccionar de catálogo según el rating
de la brida de entrada
Designación: Ej: 2E6
Diseño del sistema de
descarga a la atmósfera
Diseño del sistema de descarga a la atmósfera
Evaluar el caudal máximo (simultaneidad)
Casos:

Falla de utilities: complejo de analizar. Puede afectar a todo el
establecimiento industrial. (Corte total o parcial de energía o agua de
enfriamiento)

Incendio: Considerar la máxima simultaneidad. En ausencia de otra
información, se considera que el área afectada por el incendio se limita a
una superficie de 230 a 460 m2 (API Std 521 Ed 2007 Secc 7.1.2)
Diseño del sistema de descarga a la atmósfera
Descarga directa a la atmósfera
Cuando no existe un sistema de flare (ej: gasoductos, plantas
de almacenaje de LPG)
Potenciales problemas a analizar:
•No formar mezclas inflamables a nivel de suelo.(analizar con
modelos de dispersión o con gráficos del API 521.) Se requiere una
buena velocidad en la descarga. En caso de ser necesario, agregar
válvulas de seguridad escalonadas para manejar descargas
pequeñas)
•No superar niveles de toxicidad a nivel de suelo
(ej gases con SH2) Analizar con modelos de dispersión.
•En caso de ignición, no superar niveles admisibles de
radiación
Diseño del sistema de descarga a la atmósfera
Antorchas elevadas
Permiten la combustión en forma segura, con bajos niveles de radiación
Tipos constructivos
Diseño del sistema de descarga a la atmósfera

Antorchas elevadas

Humo: por combustión incompleta. Se
elimina inyectando fluidos que
promuevan turbulencia (vapor o aire)
Diseño del sistema de descarga a la atmósfera

Métodos para evitar el retroceso de llama
Sellos líquidos
Ventajas:
•Mantiene presurizado el
header
•Permite dirigir
descargas a distintos
sistemas según presión
•Reduce el consumo de
N2 de purga en la
puesta en marcha
Diseño del sistema de descarga a la atmósfera
Métodos para evitar el retroceso de llama
Gas de purga
API 521: El gas de purga debe permitir reducir la concentración de O2 a un
6% a una altura de 25 ft por debajo del tip
Q(Sm3/h)= 31.25.D3.46.Σxi0.65.Ki
xi= fracción molar del componente i
Valores de Ki

H2: +5.783
C2H6: -1.067

He: +5.078
CO2 : -2.651

CH4: +2.328
C3H8: -2.651

N2: +1.067 (sin viento)
C4+: -6.586

N2:+ 1.707 con viento
Diseño del sistema de descarga a la atmósfera
Métodos para evitar
el retroceso de llama
Sellos moleculares y sellos dinámicos
Permiten reducir el caudal de gas de purga
Sin sello: Velocidad de gas de purga: 0.2 a
0.5 fps
Con sello: 0.01 a 0.04 fps
Fórmula de TOTAL
Sin sello: Sm3/h = 24000D3.MW-0565
Con sello: Sm3/h=12000D3.MW-0565
D en metros
(valores mucho mayores)
Diseño del sistema de descarga a la atmósfera
Efectos de la radiación térmica
BTU/h.ft2
Kw/m2
550
1.74
Tiempo para
alcanzar el
umbral de
dolor (seg)
60
740
1500
2.33
4.73
40
16
3000
9.46
6
19.87
2
5000
6300
Valor al cual personal con vestimentas
apropiadas puede estar permanentemente
expuesto
Intensidad a la cual se pueden realizar
operaciones de emergencia de varios
minutos de duración por personal sin
escudos pero con vestimenta adecuada.
Deshidratación de la vegetación
Valor máximo admisible para lugares a los
que el personal puede tener acceso (por
ejemplo la base de la antorcha) La
exposición se limita a algunos segundos
(suficiente para escapar)
Ignición de la madera
Valor admisible para estructuras sin acceso
de personal
Diseño del sistema de descarga a la atmósfera
Cálculo de la intensidad de
radiación sobre un
determinado punto del suelo
API RP 521 cubre el
diseño de antorchas
subsónicas. Se
admite una velocidad
en la descarga que
produzca un número
de Mach entre 0.2 y
0.5
Para antorchas
sónicas consultar al
proveedor
Diseño del sistema de descarga a la atmósfera
Antorchas : Longitud de llama vs calor liberado
1: fuel gas
2: gas de pozo
3:gas reciclo de
reforming catalitico
4: efluente reactor
reforming catalítico
5: unidad
deshidrogenación
6, 7 : H2
Y = Long de llama en metros
X= calor liberado watts
Diseño del sistema de descarga a la atmósfera
Diseño del sistema de descarga a la atmósfera
Cálculo de la intensidad de radiación sobre un determinado punto del suelo
D 
 . F .Q
4. . K
Q= Energía liberada KW
D= Distancia al epicentro (m)
F= Fracción de calor irradiado
K= intensidad (KW/m2)
τ = Fracción transmitida a
través de la atmósfera
100


  0.79 

 h u m e d a d re la tiv a % 
1 / 16
 30 


 D 
1 / 16
Diseño del sistema de descarga a la atmósfera
Distorsión de la llama por el viento
Y=
X=
Δy
u
uj
L

o

Δx
L
v e lo cid a d v ie n to
v e lo cid a d d e l je t
Diseño del sistema de descarga a la atmósfera

Knock out drum

Objeto: Separar líquidos
Las cañerías deben tener pendiente hacia él. De no ser posible hay que
instalar otros en puntos intermedios con sus correspondientes sistemas de
bombeo
Diseñar como separador para eliminar gotas de 300 micrones según el
método del API 521
Prever adecuada capacidad de bombeo. Tener cuidado con la posibilidadde
descarga de líquidos fríos que podrían flashear en la bomba



Diseño del sistema de descarga a la atmósfera
Diseño de colectores (descarga
subsónica)



Componer el mapa de caudales
para cada escenario
Adoptar velocidad de descarga
Ma= 0.2
Comenzando desde la punta del
flare a presión atmosférica ir
calculando hacia arriba, verificar
que no se exceda la máxima
contrapresión en ninguna válvula
ni se exceda el rating de las bridas
Descargar

Determinación del caudal a aliviar