Los discos de ruptura (rupture discs) de la marca FIKE son una excelente solución para la protección de equipos presurizados como marmitas, tanques, reactores, autoclaves, etc. Su buen funcionamiento depende de qué tan bien se sepa escoger el disco para cada aplicación. La temperatura, la presión y el fluido son variables básicas para escoger un disco de ruptura, pero existen otras variables que ayudarán a que un disco dure más en el tiempo y que no cause daños en las instalaciones.
A continuación se relacionan las variables que permiten escoger una amplia gama de discos de ruptura de la marca FIKE, empresa con más de 65 años de experiencia en la fabricación y comercialización de estos elementos. La comprensión de 22 preguntas básicas será la clave del éxito a la hora de escoger el disco de ruptura óptimo.
1. ¿Cuál es la cantidad requerida de discos de ruptura?
Entre más discos de ruptura se necesiten, menos costo tendrá; Por cada lote de discos que el cliente necesita se requiere fabricar tres de más para poderlos explotar a la presión y temperatura que requiere el cliente. Se promedia el resultado de presión de explosión de cada disco de ruptura y se graba el promedio en cada lote a despachar al cliente. El costo de los tres discos explotados se cargan en el resto de discos a despachar, por tanto resulta mucho más económico la compra de siete discos que comprar solo uno. En otras palabras, en costo, cinco cuestan menos que cuatro, cuatro menos que tres y así sucesivamente.
2. ¿Cuál es el tipo de disco de ruptura que se requiere?
Resulta que FIKE maneja más de 13 tipos de discos de ruptura, la escogencia del disco lo brinda un especialista de la línea FIKE que tiene el conocimiento y la experticia para saber qué ofrecer y no el cliente, a no ser que el cliente lo pida con un # de lote específico. No obstante, SIEMPRE se evalúa la petición del cliente. La diferencia entre discos depende del rango de tamaños, rango de presión de ruptura, el radio de operación, si se necesita fragmentable o no, si es resistente al vacío o no, si es cíclico o no, el medio del proceso, el lugar de instalación y el tipo de conexión.
3. ¿Cuál debe ser el tamaño del disco de ruptura?
El tamaño o dimensión del diámetro nominal (DN) lo da exclusivamente el cliente, a no ser que se extrapole la consulta a FIKE para determinar su diámetro nominal (DN). Cada equipo es único y el tamaño de un disco debe ser diseñado por el fabricante del equipo para evacuar la energía en caso de un alivio dado. El dimensionamiento del disco debe basarse en la norma ASME (American Society of Mechanical Engineers) Sección VIII División 1 donde expresa los lineamientos de la protección que deben de llevar los equipos presurizados en un proceso industrial.
4. ¿Cuál es el tipo de material por cada componente del disco de ruptura?
El material debe de darlo el cliente y depende de la compatibilidad con el fluido a trabajar en el proceso, el material más convencional es el acero inoxidable 316 L por su bajo componente de carbono que lo hace compatible para la mayoría de productos en la industria, otros materiales como el Nickel, Monel, Titanio, entre otros, están disponibles pero son más costosos y escasos.
5) ¿Es necesario alguna capa protectora, inliner o recubrimiento entre el disco de ruptura y el proceso?
Si, con el avance tecnológico industrial existen en el mercado productos para ayudar a evitar la corrosión entre materiales, alargando la vida útil de los discos. Este recubrimiento se coloca debajo del disco y consiste en una película muy delgada que va a estar entre el proceso y el disco evitando el contacto directo del material metálico y el proceso.
A continuación se dispone de una gama de inliner en los discos de ruptura de FIKE:
- POLIURETANO 250°F (121°C).
- PTFE de -20 °F a 450 °F (de -28 °C a 232 °C) politetrafluoroetileno, es inerte aplicaciones industriales anticorrosivas.
- PFA de -40 °F a 500 °F (de -40 °C a 260 °C) PERFLUOROALCÓXIDO es un PTFE evolucionado.
- FEP de -40 °F a 400 °F (de -40 °C a 204 °C) etileno propileno fluorado, al igual que el PTFE conserva casi todas las propiedades de interés en estos polímeros: muy alta inercia química, resistencia dieléctrica muy elevada, muy baja energía superficial, permite el contacto con alimentos y muy alta procesabilidad.
Por otro lado, con respecto a sus polímeros “hermanos” como es el PTFE y el PFA, tiene una temperatura de fusión inferior, unos 40°C; Es un poco más flexible que el PTFE y su resistencia a tracción es menor que el PFA y el PTFE. Normalmente, se sugiere colocarle al disco recubrimiento en FEP.
6) ¿Cuál es la presión de ruptura?
Es el valor numérico expresado en unidades de PSIG o BARG (> a la presión de operación y < MAWP) dado por el cliente para que el disco rompa y alivie el equipo protegido. Este dato NUNCA debe de ser asumido.
7) ¿Cuál es la temperatura de ruptura?
Es el valor numérico expresado en unidades de grados Celsius (C°) o grados Fahrenheit (F°) dado por el cliente para que el disco rompa. Este NUNCA debe de ser asumido.
8) ¿Cuál es la presión de operación?
Es el valor numérico donde trabaja normalmente el proceso en PSIG o en BARG y ese dato lo da el cliente.
9) ¿Cuál es la temperatura de operación?
Es el valor numérico donde opera normalmente el proceso en grados Celsius (°C) o grados Fahrenheit (F°) es un dato quede siempre brinda el cliente.
10) ¿Cuál es la presión máxima MAWP (Maximum Allowable Woking Pressure) permitida en el recipiente?
Es la máxima presión manométrica permisible en el tope de un recipiente a una temperatura específica; es el valor de referencia base mandatorio del ASME para fijar los límites de presión de ruptura. Si un disco de ruptura supera los valores MAWP, se puede dar el caso que el recipiente rompa primero antes que el disco.
Es importante considerar que los equipos pierden propiedades con el paso del tiempo, es por esto, que el cliente debe estar evaluando la presión de diseño del recipiente constantemente.
La presión MAWP siempre debe estar por encima de la presión de operación y la presión de ruptura. Si la presión de ruptura está por encima del MAWP, no teniendo en cuenta las directrices del ASME, el equipo estallaría indudablemente.
11) ¿Qué tipo de rango de fabricación necesita del disco de ruptura?
(Manufacturing Range) Es una especie de tolerancia que el cliente debe considerar a la hora de seleccionar discos de ruptura y tiene que ver con la exactitud con que se fabrica el disco para que rompa en el valor de ruptura.
Es expresado como 0, +0/-5%, +0/-10%, +-5%,+-10% y es el que va estampado en el disco. Aunque siempre se sugiere trabajar con rango de manufactura igual a “cero”.
Si aparecen dos valores de ruptura grabado en un disco de ruptura, significa que el rango de manufactura (Manufacturing Range) es diferente de cero.
12) ¿El disco de ruptura necesita ser fragmentable o no fragmentable?
Es la posibilidad de que un disco de ruptura al abrirse se desprendan (fragmentable) partículas metálicas a diferencia del que no desprende material en el momento de una explosión en el recipiente protegido. El costo de un disco fragmentable es menor a un no fragmentable aunque este tipo de disco está tendiendo a desaparecer.
13) ¿Dónde piensa colocar el disco de ruptura? (ver gráfica)
El conocer el dónde se va instalar el disco de ruptura orienta mejor la utilización del mismo y garantiza el buen funcionamiento del disco. Por ejemplo, el disco que trabaja en forma serial con una válvula de alivio, hace que los asientos de esta última duren más en el tiempo ante procesos demasiado agresivos químicamente, evitando la corrosión y que el asiento se pegue ante un producto viscoso. Cuando se trabaja en paralelo con una válvula de alivio, sirve de respaldo si esta última llegase a fallar. Sea cual sea el caso el ASME da lineamientos de presiones de ruptura para proteger los equipos.
14) ¿Qué tipo de fluido maneja el proceso; líquido, vapor o gas?
Si se trabaja con una combinación de dos, se debe tener presente que hay disco de ruptura que sólo funcionan para una cosa y no para la otra.
15) ¿Hay alguna succión (presión de vacío) involucrada? (ver gráfica)
La presión negativa o de vacío es aquella donde el proceso traspasa la barrera del “0 psig” y hace que en un momento dado el equipo sufra un fenómeno de succión, haciendo que el disco de ruptura se fatigue. Existen discos que trabajan bien en full vacío (-1 barg), medio vacío (0,5 barg aprox.) y otros que no pueden trabajar en vacío, de ahí la importancia de conocer este fenómeno.
16) ¿Hay presión de pulso involucrada (variación de presión positiva)?
Los pulsos son aquellos puntos como máximos y mínimos producto de cambios por la velocidad de un fluido, apertura de válvulas o la incidencia de inyección de productos con bombas. Los discos de ruptura con alta presencia de pulsos, pueden fatigarse y romperse antes de la presión de ruptura para lo que fue diseñada.
17) ¿Hay presión invertida (back pressure) involucrada? (ver gráfica)
La presión invertida es una contra presión que se la da al disco de ruptura en sentido contrario del flujo, influye en el valor de ruptura que debe de llevar grabado los discos; Estos, siempre rompen por la presión diferencial entre el flujo y el contraflujo.
Ejemplo:
Si la presión de ruptura (BP) de un disco es 100 psig y la presión de contra flujo es 0 psig, el disco de ruptura se va romper a una presión diferencial de 100 psig (100 psig – 0 psig). Pero si la presión de ruptura (BP) de un disco es 100 psig y la presión de contra flujo es 10 psig, el disco no se va romper ya que va a estar a una presión diferencial de 90 psig.(100 psig – 10psig); en este caso el recipiente debe de llegar a 110 psig para que rompa (110 psig – 10 psig = 100psig). Es peligroso, si la presión de diseño del recipiente está en 105 psig, el recipiente se rompería antes que el disco. Para que el disco de ruptura rompa en 100 psig con un contra flujo de 10 psig, el BP debe de ir grabado en el disco a 110 psig (110 psig – 10 psig = 100 psig).
18) ¿Hay ciclaje de presión positiva y negativa involucrada? Si hay, ¿cuántos? (ver gráfica)
Es cuando en determinado momento el proceso se vuelve cíclico en el tiempo yendo de presión positiva a negativa, en este caso, el valor de cuantos ciclos da un proceso, solo es posible darse con un registro gráfico, producto de la señal que un transmisor de presión lleva a un controlador lógico programable (PLC) y esa señal se registra gráficamente en un plano cartesiano de presión (P) versus tiempo (t). El alto ciclaje hace que FIKE sugiera la utilización con tecnología G2, es decir, un tipo de disco de ruptura que se hace con láser para evitar que la fatiga del ciclaje los rompa antes de tiempo y fuera de la presión del que fue diseñado.
19) ¿Cómo va a conectar el RD al proceso? (si no está seguro responda: “a discreción del proveedor”)
Las opciones pueden ser: en porta discos “holder”, entre bridas, conexión clamp, roscado (ver gráfica siguiente). La conexión de un disco debe cumplir normas internacionales para poder acoplar fácilmente al proceso.
Ejemplo: Si tiene un disco de ruptura tipo P de FIKE clase 150# según norma ASME B16.5, la conexión del proceso debe ser igual ya que si es de otra norma o clase no se podrá conectar con el equipo a proteger.
20) ¿Cuál es el tipo de material para el soporte (Holder / Porta disco)?
El holder se compone de dos piezas llamadas “entrada” o la que tiene contacto con el fluido y “salida” que NO tiene contacto con el fluido del proceso pero si con el ambiente.
Se recomienda que la parte de “entrada” y de “salida” deba de ser del mismo material del disco de ruptura. Otros materiales están disponibles, inclusive, el acero al carbón (A/C) con el fin de alivianar costos pero debe de tenerse claro cuál es el fluido de contacto y el ambiente de trabajo ya que se puede presentar ataque químico en el holder.
21) ¿Se necesita alguna certificación especial de los discos de ruptura?
Del tipo FDA, ATEX, ASME, A3, ETC. Normalmente se piden los discos de ruptura con certificado de ruptura estándar, pero el solicitar otro tipo de certificado tiene sobrecosto, inclusive, superior al mismo RD.
22) ¿Necesita otros accesorios?
Resulta que FIKE maneja accesorios adicionales como son los indicadores de ruptura y los soportes de vacío. Los indicadores de ruptura son elementos que funcionan a base de un contacto o filamento normalmente cerrado (NC) seco que cuando el disco se rompe, interrumpe una señal eléctrica transportada por un cable hacia un controlador, baliza o alarma permitiendo dar aviso de que hubo una ruptura del disco. Los soportes de vacío son aquellos domos con perforaciones que se colocan como accesorio al disco de ruptura, impidiendo que se dañen por una implosión o un vacío excesivo en el proceso.
Los discos de ruptura deberán ser seleccionados únicamente por aquellos individuos con conocimiento completo de los requerimientos de alivio de presión del sistema a proteger, así como de las condiciones que rodean la aplicación en particular.
La selección NO se deberá basar en condiciones arbitrarias, asumidas o incompletas. La selección y dimensionamiento de los discos, es responsabilidad del ingeniero de aplicaciones especialista de línea de FIKE igualmente como del usuario del equipo a proteger. FIKE cuenta con representantes en todo el mundo, como por ejemplo en Colombia, donde cuenta con Flexilatina de Colombia, empresa con una amplia trayectoria capaz de ayudarle en la correcta selección de su disco de ruptura. Deje en nuestras manos la protección de sus equipos.