ÍNDICE:
1. INTRODUCCIÓN
2. ESPECIFICACIÓN DE
TUBERÍAS
3. INCOVENIENTES CON
LA ESPECIFICACIÓN DE TUBERÍAS
4. PROCESO DE
FABRICACIÓN
5. MATERIALES DE LOS
CUERPOS DE LAS VÁLVULAS DE CONTROL
5.1. Codificación de
los Materiales
5.2. Prestaciones de
los Materiales Altas Temperaturas
5.3. Prestaciones de
los Materiales a Altas Presiones
5.5. Prestaciones
Químicas
5.6. Precios de los
Materiales
Nota: En este artículo, nos hemos permitido el lujo de contar con las aclaraciones técnicas realizadas por: Angel Miguel Ortega (Responsable del departamento de materiales). Desde InstrumentacionHoy, muchas gracias.
Disculpen cualquier error encontrado, porque sin duda será debido a una mala interpretación por parte del autor.
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1. INTRODUCCIÓN
Uno de los primeros pasos para especificar una
válvula de control, es indicar, las características del material del cuerpo.
La correcta selección del material del cuerpo,
tendrá un gran impacto, sobre las características de dicho equipo, y sobre el
plazo y coste de fabricación del mismo.
2. ESPECIFICACIÓN DE
TUBERÍAS
En
primera instancia, el material del cuerpo de una válvula dependerá de la
especificación asociada a la tubería donde se vaya a instalar.
Todas
las tuberías de un proyecto industrial deberían estar codificadas e
identificadas en los P&ID.
Parte
de dicho código será la especificación a la que está sujeta la tubería.
Ejemplo:
En
todo proyecto suele haber un documento que se llama “Especificación de Tuberías”. En este documento se numeran todas las
especificaciones de las tuberías indicando:
1º-
Las características de las tuberías sujetas a dicha especificación en función
del diámetro nominal.
2º-
Características de los equipos instalados en dichas líneas: bridas, niples,
válvulas…
Siguiendo
el ejemplo anterior, si se buscara “1S5” en la “Especificación de Tuberías”. Nos
podríamos encontrar algo así:
Si
por ejemplo se quiere saber el material y el rating de una válvula de globo
manual instalada en una línea de dos pulgadas, bajo la especificación “1S5”, la
tabla anterior nos estará indicando que: el rating deberá ser 300# y el material “ASTM A351 CF8M”.
3. INCOVENIENTES CON
LA ESPECIFICACIÓN DE TUBERÍAS
Nota:
Lo que se expone a continuación, se debe tomar a modo de ejemplo, su aplicación, dependerá del organigrama y de los procedimientos internos de cada ingeniería y proyecto.
En la especificación anterior, se listaban los
requisitos de materiales para las “válvulas manuales”, pero en ese documento, no se
especificaba, ninguna válvula de control.
La
cuestión a resolver es: ¿Por qué no especificar válvulas de control, en la
especificación de tuberías?
Normalmente,
el documento de “especificación de
tuberías” es elaborado por el “departamento de materiales”.
Bajo
la responsabilidad del “departamento de
materiales”, está la especificación de las válvulas manuales. Sin embargo la especificación de
las válvulas de control, estará bajo la responsabilidad, del “departamento de instrumentación”.
Esto es un punto conflictivo, que genera mucho choque en todos los proyectos.
-El
departamento de materiales, no especificará los materiales de las válvulas de
control. Lo cual es correcto, porque desconoce los requisitos específicos de las
válvulas de control en el proyecto.
-Instrumentación, tiene la información de los requisitos especiales, que aplican a las válvulas de control,
pero desconoce, los requisitos de materiales generales del proyecto (y además el
personal de instrumentación tiene muchas lagunas técnicas en esta materia).
Nuestro
consejo es, exigir a los suministradores que consideren la especificación de
tuberías como un punto de partida, para seleccionar el material de la válvula, pero que estará supeditado a cualquier indicación realizada en la
especificación de válvulas de control. Ya que en la parte de materiales de
dicha especificación, se indicarán todas los requisitos particulares del
proyecto, que apliquen a las válvulas de control, que muchas veces serán, más
exigentes que lo requerido en la especificación de tuberías. (Como por ejemplo:
Rating mínimo de 300#, calidad de los internos mínima de 316SS, clase fugas…,
etc.)
“No obstante, cualquier duda que tenga el departamento de instrumentación respecto a las
características requeridas o a los materiales seleccionados, aconsejamos, que
sea consultada, con el personal cualificado del departamento de materiales.“
Para selección de los materiales apropiados, se deben
seguir las siguientes recomendaciones:
-Cumplir con los requisitos del cliente, y de las
normas aplicables.
-Ser adecuado para el servicio asignado, teniendo en
cuenta: el tipo de válvula, tamaño, rating, condiciones de diseño, condiciones
de operación, características del fluido.
-Que las prestaciones del material seleccionado,
compensen el coste y el plazo asociado.
4. PROCESO DE
FABRICACIÓN
Normalmente, los cuerpos de las válvulas serán forjados o fundidos. En ambos casos, se
realizará un posterior mecanizado.
En el caso de los cuerpos forjados el mecanizado posterior requerirá de una
mayor extracción de material, lo cual supondrá un sobre coste. Por otro lado en
los cuerpos forjados, el grano está más compacto y presentará una mayor
uniformidad estructural.
Se
recomiendan cuerpos forjados, en aplicaciones severas de alta temperatura, alta
caída de presión, cavitación, erosión, etc…
En otras ocasiones los cuerpos serán por defecto forjados, si los cuerpos de las válvulas son pequeños, o el suministrador no tiene molde de fundición.
Nota: Ser
forjados o fundidos, puede afectar a las pruebas a realizar en la ITP (Inspection
Test Plan), en cuerpos forjados, se pueden realizar ultrasonidos, en cuerpos
fundidos se podrían realizar ultrasonidos y radiografiados.
En
algunos casos, cuando se requiere de materiales exóticos en válvulas grandes
(>10”), para evitar el gasto que supone hacer todo el cuerpo de dichos
materiales, se especifica un “Overlay”.
El
“overlay”, consiste en usar dos materiales, 1º el principal por ejemplo acero al
carbono y 2º el material exótico, que
será aportado con electrodo en la superficie que requiera dicha
protección.
La protección con overlay, puede realizarse en las partes e la válvula en contacto con el fluido de proceso (para proteger de la corrosión de dicho fluido), o en las partes de la válvula en contacto con el ambiente (para protegerse de la corrosión del entorno)
La protección con overlay, puede realizarse en las partes e la válvula en contacto con el fluido de proceso (para proteger de la corrosión de dicho fluido), o en las partes de la válvula en contacto con el ambiente (para protegerse de la corrosión del entorno)
Nota:
La realización y procedimiento de un “overlay”, debería estar bajo la aprobación
del cliente final. No obstante, se debe considerar que la realización de un
“overlay” por debajo de diez pulgadas, podría no salir rentable debido a la complejidad en
la fabricación.
Nota:
Otro caso curioso, es el uso de cubiertas de teflón en las válvulas de mariposa
o diafragma. La selección de este tipo de válvulas, debería estar igualmente bajo
la aprobación del cliente.
5. MATERIALES DE LOS
CUERPOS DE LAS VÁLVULAS DE CONTROL
5.1. Codificación de
los Materiales
Hay muchas entidades reconocidas en el sector industrial, que aplican estándares a la producción de acero, y cada una denomina los materiales de una forma diferente.
Tres de las más comunes son SAE, ASTM International y ANSI.
Tres de las más comunes son SAE, ASTM International y ANSI.
Nota:
Estos son solo algunos ejemplos de materiales. Dentro de cada tipo, como los
dúplex, monel, hastelloy; hay muchas variantes y cada vez surgen más.
Los
materiales más utilizados en válvulas de control son: el aceros al carbono (WCB y WCC) e inoxidables (CF3M y CF8M).
5.2. Prestaciones de
los Materiales Altas Temperaturas
Como información general, se podría seguir este orden:
1º-Acero
inoxidable
2º-Acero
aleado (Si combinamos presión y temperatura,puede ser mejor el acero aleado,
que el inoxidable)
3º-Acero al
carbono
A continuación, se indican algunas anotaciones con relación a la temperatura:
5.3. Prestaciones de
los Materiales a Altas Presiones
Como información general, se podría seguir este orden:
1º-Acero al
carbono y acero aleado
2º-Acero
inoxidable
Nota: Por ejemplo, el acero inoxidable con
rating de hasta 600#, no supera 50 bares. El “316” es mejor mecánicamente
(presión y temperatura) que 316L
5.5. Prestaciones
Químicas
El
comportamiento ante la corrosión no es una ciencia exacta, porque en la mayoría
de los casos será imposible predecir o reproducir las condiciones, a las
que se va someter el cuerpo de la válvula.
Por ello, para la correcta selección de materiales, en procesos muy corrosivos, debe primar: “las recomendaciones del lincenciante”.
Por ello, para la correcta selección de materiales, en procesos muy corrosivos, debe primar: “las recomendaciones del lincenciante”.
En la
realidad, se han dado casos, de que en fábricas aparentemente iguales,
sometemos la misma válvula ante el mismo proceso, y en unos casos el material
es válido y en otros se corroe. Porque, cualquier pequeño cambio (temperatura, PH,
régimen del fluido,..) puede producir, un nuevo escenario con diferentes
consecuencias.
Se debe tener
en cuenta, que el ataque químico, no suele atacar de forma aislada a los
materiales de las válvulas, si no que suele intensificarse o combinarse con
otros ataques mecánicos, como la erosión, abrasión, alta velocidad, cavitación,
etc.
Además de los
ataques químicos internos, producidos por las condiciones de proceso, en la
selección de los materiales, se deben tener en cuenta, los ataques químicos
externos, producidos por el medio que rodea a la válvula. Por ejemplo, se debe valor las condiciones
ambientales, la ubicación del equipo y demás circunstancias habituales y no tan
habituales a las que pueda ser sometido el equipo. (con o sin calorifugado,
cerca del mar, ubicación,..)
De forma
genérica, se puede considerar el siguiente orden para los materiales con mejores
prestaciones químicas:
1º-MONEL, TITANIO,
CIRCONIO
2º- HASTELLY
3º-DUPLEX O SUPER-DUPLEX
4º- 317-CG8M
5º- 316SS+Ti
6º- 316
7º- 304L
8º-WCC
A
continuación, se indican algunas anotaciones con relación a las características
químicas.
5.6. Precios de los
Materiales
En la
siguiente tabla, se ordenan los materiales por costes de menor a mayor.
Además
del material del cuerpo, se debe estudiar qué materiales tendrán el resto de
los componentes, internos, bonete, vástago, obturador, empaquetaduras, asiento;
pero esto ya es otra historia…
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Elaborado por: Julio César Fernández Losa 02/02/2016
Si tiene algo que corregir o añadir agradecería que me mandara sus comentarios a:
InstrumentacionHoy@gmail.com
