alert icon
Este sitio Web no admite Internet Explorer 8. Por favor, actualice su versión de Internet Explorer o utilice un navegador más actualizado.
Ocultar mensaje hide icon

Cómo los Ensayos Aseguran el Rendimiento Fiable de los Reguladores

 Swagelok Reguladores de la serie RHPS

Ciencias de los Materiales y Ensayos de Materiales: Lo que Necesita Saber para Asegurar la Fiabilidad del Rendimiento de los Reguladores

28 agosto 2019 | Jon Kestner, Director de Producto, Reguladores Industriales Generales

A medida que las exigencias de cualquier industria evolucionan, los productos en catálogo se deben ajustar para alinear su rendimiento a los requisitos y asegurar el éxito en todas las aplicaciones, desde las comunes a las extremas. Este paradigma, es muy válido en el mundo de los sistemas de fluidos, donde los límites de rendimiento para válvulas, racores, reguladores y otros componentes se redefinen constantemente. 

La sofisticación del diseño y los ensayos rigurosos, son lo que en última instancia garantizan que los componentes de los sistemas de líquidos y gases rendirán bajo presión en las aplicaciones reales. Los ensayos no solo sirven para confiar en que un producto cumplirá las expectativas, sino que ayudan a los expertos a saber cómo las variables no evaluadas directamente pueden afectar al rendimiento en campo. Especialmente cuando los productos se utilizan en entornos con condiciones operativas difíciles, nada debe darse por hecho—o la productividad, e incluso el personal pueden estar en riesgo.

Los reguladores de presión clasificados para temperaturas bajo cero, son un claro ejemplo de componentes que requieren ensayos exhaustivos para confirmar su rendimiento en condiciones extremas. Porque deben controlar la presión y reaccionar a los cambios del sistema, en aplicaciones en las que el fallo puede provocar no solo pérdidas de beneficios o daños a la propiedad, sino afectar a la seguridad de los operarios. En casos en que las temperaturas frías amenazan la funcionalidad de componentes cruciales, tanto la ingeniería precisa como los análisis rigurosos y bien diseñados de los reguladores en laboratorio se sitúan entre el éxito y el fracaso.

La Importancia del Rendimiento en Aplicaciones de Reguladores de Baja Temperatura

Los reguladores de baja temperatura se utilizan normalmente en aplicaciones como el suministro de gas industrial o a granel. Los reguladores se utilizan para controlar la presión del sistema con caudales variables, y su fallo puede provocar problemas importantes. La fuga de líquidos o gases al medioambiente puede ser cara, pero puede haber resultados mucho peores. La pérdida de presión debida al fallo de un regulador puede también poner en peligro el rendimiento global del sistema o provocar riesgos de seguridad importantes.

Un motivo principal por el cual un regulador puede fallar, es su incapacidad para soportar las temperaturas extremas inherentes a la aplicación, como el suministro de gas en planta.a granel. Los sistemas de reducción de la presión del gas de suministro normalmente están instalados en el exterior, y frecuentemente en entornos no climatizados. Por tanto, los armarios están expuestos a las temperaturas extremas habituales en los exteriores, desde el calor  en ubicaciones cercanas al ecuador, a climas mucho más fríos cerca de los polos. Los efectos de los entornos con bajas temperaturas pueden ser agravados por la bajada de la temperatura del gas al reducir la presión. Para la mayoría de los gases, una caída de presión importante provocará un efecto de enfriamiento Joule-Thomson significativo, causando un mayor descenso de la temperatura a medida que se da la transferencia de energía. El resultado puede ser que los reguladores industriales queden expuestos a temperaturas de -40°C o incluso inferiores.

Estas condiciones frías pueden suponer un problema para el rendimiento del regulador, ya que las bajas temperaturas frecuentemente endurecen y contraen los elastómeros, provocando fugas o afectando a su capacidad de respuesta. El principal elemento sensible de los reguladores es, o bien un diafragma de elastómero, o bien un pistón sellado con una junta tórica de elastómero. Si el diafragma o las juntas tóricas del pistón se vuelven quebradizos, pueden romperse y provocar fugas, o endurecerse lo suficiente como para influenciar en la capacidad de regulador para reaccionar a los cambios en la demanda de caudal del sistema. Hay otros componentes del regulador normalmente fabricados de elastómeros, como el asiento principal contra el que el obturador cierra, la separación de las áreas de alta y baja presión, el cierre dinámico entre el obturador y el cuerpo, el cierre del diafragma o pistón, y los cierres estáticos que contienen la presión en el cuerpo. Los reguladores también pueden contener polímeros no elastoméricos, como los asientos plásticos cuya dureza puede aumentar a temperaturas extremadamente bajas, dificultando o imposibilitando el cierre. Como vemos, los reguladores son por construcción vulnerables a la degradación del rendimiento causada por el frío. 

Para minimizar el riesgo de fugas de gas caras o peligrosas, es esencial seleccionar los materiales adecuados durante el diseño de los reguladores específicos para estas aplicaciones de baja temperatura.

Encontrar la Mejor Opción de Reguladores para Aplicaciones de Baja Temperatura

La selección del material es un paso importante para seleccionar el regulador adecuado, no solo porque los componentes de aplicaciones como el suministro de gas a granel podrían exigir resistencia a las bajas temperaturas, sino porque no todos los elastómeros son compatibles con todos los productos químicos. Por ejemplo, el etileno propileno funciona bien en bajas temperaturas, pero no es químicamente compatible con los hidrocarburos, que muy probablemente estarán presentes en las aplicaciones de gas natural comprimido (CNG) y similares. Para que un material sea eficiente en una configuración de regulador de punto de uso, tanto la función medioambiental como la resistencia química deben estar ajustadas a la aplicación.

Independientemente del material elegido, los ensayos son críticos para confirmar el rendimiento fiable de las juntas del regulador a temperaturas extremadamente frías. Y los ensayos son la única forma de asegurar la ausencia de fugas internas en el asiento del regulador, que no hay fallos en el sello de la carcasa, y que el regulador gestionará bien las funciones dinámicas para las cuales está diseñado, autoajustándose constantemente para suministrar la presión de consigna establecida. 

La Realidad de los Ensayos a Baja Temperatura

No toda la metodología de ensayos de temperatura es igual. Tampoco hay ninguna normativa de ensayos para baja temperatura reconocida en la industria, lo cual favorece muchas diferencias en la rigurosidad de los equipos de ensayo. La Sociedad Americana de Ingenieros Mecánicos (ASME), y el Instituto Nacional Estadounidense de Normalización (ANSI), tienen ensayos de baja temperatura que se pueden utilizar, y también los tienen otros cuerpos más especializados como el Instituto Americano del Petróleo (API). Estos ensayos son frecuentemente diseñados para aplicaciones concretas con exigencias específicas, pero no son suficientemente amplios como para abarcar todas las aplicaciones a las cuales los productos para sistemas de fluidos están expuestos. 

Otro factor desfavorable es la dificultad de hacer análisis de curvas de caudal a temperaturas extremadamente bajas, debido a las limitaciones inherentes a trabajar en instalaciones con temperaturas acondicionadas. Independientemente, hay que hacer las pruebas, para confirmar que el regulador permite el paso del caudal adecuadamente, que abrirá y cerrará, que permanecerá cerrado y que su rendimiento no se verá afectado por cambios significativos de la temperatura. 

También es necesario un ensayo de temperatura con un enfoque más específico, para saber si el regulador trabajará según lo previsto bajo condiciones más extremas. Para entenderlo de un modo más práctico, veamos los pasos dados por el equipo de desarrollo de producto de Swagelok, al analizar las capacidades de la versión de baja temperatura de reciente lanzamiento de los reguladores de presión serie RHPS, que incorporan componentes diseñados para mantener cierres consistentes en condiciones frías.

Caso Práctico: Diseñando un Programa de Ensayos para Reguladores de Baja Temperatura

El catálogo de reguladores industriales estándar RHPS incluye aproximadamente 900 variantes de producto, y antes de establecer una metodología de ensayos, era necesario encontrar una forma de evaluarlos todos razonablemente. Se probaron todas y cada una de las características, tanto desde un punto de vista de rendimiento estático (asegurando que todos los cierres y juntas tóricas contenían adecuadamente la presión y sellaban evitando las fugas a la atmósfera), como desde un punto de vista de rendimiento dinámico (asegurando que las juntas tóricas y los diafragmas con movimiento dinámico a su alrededor mantenían un rendimiento óptimo).

El equipo de ingeniería escogió el protocolo estándar actual de ensayos a baja temperatura para racores y válvulas. La práctica habitual es aplicar una serie de ciclos de temperatura, partiendo desde la temperatura ambiente a altas o bajas temperaturas. Esto funciona para la mayoría de los productos y un amplio espectro de aplicaciones, ya que confirma que las juntas trabajarán, las válvulas actuarán, y se registra cualquier degradación del rendimiento durante el curso de múltiples ciclos de temperatura.

Para evaluar adecuadamente los reguladores de baja temperatura en concreto, se amplió el protocolo para cubrir todas las necesidades de funcionalidad de las aplicaciones de un regulador de presión. El equipo de pruebas sabía que las bajas temperaturas pueden degradar el rendimiento, provocando situaciones como válvulas que necesitan un par de actuación más alto, o juntas presentando fugas a bajas temperaturas debido a la contracción.  Por tanto, el programa de ensayo se diseñó para revelar cualquier problema potencial de este tipo, de modo que los clientes no se encontrasen con sorpresas desagradables al utilizar los productos en campo.

Trabajando con protocolos de ensayo probados, el equipo empleó en ciclo calor-frío, calor-frío para los reguladores de baja temperatura serie RHPS. La temperatura entre el frío extremo y la temperatura ambiente fluctuaba para asegurar que cualquier degradación dada durante el ciclo, y que podría haber pasado inadvertida durante una sola bajada de temperatura, fuese revelada durante los siguientes ciclos. Este meticuloso enfoque aseguró que los productos funcionarían según lo previsto en un amplio rango de aplicaciones de baja temperatura.

Se emplearon procedimientos distintos para los diseños de reguladores de presión y de contrapresión, asegurando que todos los productos eran probados de forma adecuadamente adaptada a su diseño. Finalmente se desarrolló una prueba de ciclos de temperaturas específica para los reguladores industriales, así como una línea de productos específica para condiciones extremas.

Antes de Comprar un Producto, Asegúrese de que Funcionará según lo Previsto

Los ensayos deben estar normalizados en cualquier proceso de I+D, pero nunca se deben dar por hecho. Como demuestra el caso práctico anterior, es necesario ser muy cuidadoso para asegurar que un producto funcionará a temperaturas extremas. La temperatura de servicio no puede basarse en la suma de las partes del producto; es esencial disponer de datos de laboratorio para saber que el producto trabajará de forma segura y fiable. Tampoco basta con exponer el producto al frío—los fabricantes deben utilizar ensayos con ciclos de temperaturas cuidadosamente diseñados para asegurar que aguantará, y que no habrá problemas imprevistos que arriesguen el rendimiento en campo.

Si necesita ayuda para encontrar los componentes adecuados y clasificados para funcionar bien en sus aplicaciones, contacte con su  Centro de ventas y servicio Swagelok para obtener asesoramiento en cualquier momento. Y si quiere saber más acerca del rendimiento real de sistemas de gases o líquidos instalados, o necesita conocimiento experto para diseñar nuevos sistemas, considere aprovechar el conocimiento de los profesionales de Swagelok con los Servicios de Evaluación Analítica, para llevar a cabo inspecciones en planta y obtener asesoramiento sobre la mejora del rendimiento de los sistemas de fluidos. 

Contacte con su centro de ventas y servicio