Protección contra sobrepresión
Agosto 7, 2026
En este artículo, Kumar Dinesh de Baker Hughes Valves - Emiratos Árabes Unidos, analiza distintos métodos para proteger tanques y tuberías frente a los riesgos de sobrepresión.
En las aplicaciones que requieren la operación de tanques, la protección contra sobrepresión es fundamental para la seguridad, ya que previene fallas catastróficas y garantiza la eficiencia operativa. En el peor de los casos, la ruptura de un tanque puede provocar explosiones, incendios o lesiones fatales al personal; en el mejor de los casos, la liberación no controlada del fluido de proceso representa un riesgo ambiental. Los dispositivos redundantes de alivio de presión pueden evitar que el sistema supere la presión máxima admisible de operación (MAOP, Maximum Allowable Operating Pressure). Este artículo analiza las posibles causas y riesgos de la sobrepresión, así como algunos de los métodos más habituales para proteger la seguridad y la integridad de tanques y tuberías.
Algunos de los escenarios críticos de alivio relacionados con la sobrepresión en tanques y tuberías son la sobrepresión transitoria, la expansión térmica y el alivio de vacío.
Escenario de sobrepresión transitoria (surge)
Al hablar de escenarios de sobrepresión transitoria (surge) , la principal preocupación son los cambios rápidos en la presión del fluido, conocidos comúnmente como transitorios hidráulicos o water hammer (golpe de ariete). Estos fenómenos pueden representar riesgos significativos para la integridad de tanques y tuberías.
El cierre rápido de una válvula puede detener bruscamente el flujo del fluido, generando una onda de presión que se propaga por el sistema. Del mismo modo, los cambios en la operación de una bomba pueden provocar fluctuaciones rápidas en la velocidad y la presión del fluido. En esencia, cualquier evento que produzca un cambio repentino en la velocidad de circulación del fluido puede generar un surge.
Cuando ocurre alguno de estos eventos, las ondas de surge pueden producir picos de presión que superen los límites de diseño de tuberías y tanques, provocando roturas o fugas.
Los eventos de surge también generan importantes vibraciones y ruido, lo que puede ocasionar daños en los equipos y generar problemas ambientales.
Para mitigar estos riesgos, un dispositivo de alivio de sobrepresión transitoria (surge reliever) instalado en una terminal de almacenamiento constituye un dispositivo de seguridad esencial diseñado para proteger tanques y tuberías frente a los daños provocados por los picos de presión.
Figura 1. Un parque de tanques de almacenamiento y terminal típico cuenta con múltiples áreas donde la protección de alivio de sobrepresión es fundamental.
Los picos transitorios de presión, también conocidos como golpe de ariete, pueden producirse cuando existe un cambio repentino en la velocidad o el caudal del líquido, por ejemplo, cuando una válvula se cierra rápidamente o cuando una bomba arranca o se detiene. Cuanto mayor sea la variación en la velocidad del flujo, mayor será el incremento de la presión.
Estos picos de presión pueden desplazarse por una tubería a velocidades sónicas y, si no son controlados, pueden provocar daños graves y costosas inspecciones de la línea.
Los dispositivo de alivio de sobrepresión transitoria están diseñadas específicamente para proteger los sistemas frente a los daños ocasionados por picos transitorios de presión de alta velocidad. Durante el bombeo de fluidos hacia y desde los tanques de almacenamiento, tanto las bombas como las válvulas pueden verse sometidas a un evento de surge, y el dispositivo de alivio actúa mitigando ese riesgo.
Las terminales, especialmente aquellas ubicadas cerca de cuerpos de agua, requieren de manera crítica protección contra surge para evitar roturas en las tuberías. La Figura 1 muestra los distintos puntos de una terminal y parque de tanques típicos donde puede ser necesaria esta protección.
Figura 2. Ejemplo de configuración para válvulas de alivio de sobrepresión en una línea de derivación proveniente de la tubería principal.
Los dispositivo de alivio de sobrepresión transitoria suelen instalarse lo más cerca posible del punto donde existe el potencial de generación del fenómeno, sobre una línea de bypass derivada de la tubería principal (Figura 2). Cuando la presión en la tubería principal supera la presión de la camisa del dispositivo de alivio de sobrepresión transitoria , el tubo interno es desplazado alejándose del núcleo del dispositivo, permitiendo que el fluido atraviese la barrera hacia una línea aguas abajo y sea capturado en un tanque colector.
Funcionamiento de la válvula de alivio de sobrepresión transitoria
Durante el funcionamiento normal, la presión de la tubería (azul) es inferior a la presión de la camisa más la presión de apertura (cracking pressure).
Figura 3. Ilustración de cómo funciona una válvula de alivio de sobrepresión.
La presión de la camisa (verde) mantiene el tubo presionado contra el núcleo del dispositivo, por lo que la válvula permanece cerrada (Figura 3, izquierda).
Cuando se alcanza el set point de la válvula, la presión de la tubería supera la presión de la camisa el tubo se separa del núcleo y permite que el fluido circule alrededor de la barrera hacia una línea aguas abajo (Figura 3, centro).
Una vez que el evento de sobrepresión finaliza y la presión de la tubería principal vuelve a los valores normales, la presión de la camisa vuelve a asentar el tubo contra el núcleo, cerrando nuevamente la válvula (Figura 3, derecha).
El fluido puede ser bombeado nuevamente o transportado en camión hacia la línea principal a una presión menor una vez que el sobrepresión ha desaparecido.
Todo evento transitorio de sobrepresión debe ser analizado para determinar su causa raíz.
Escenario de expansión térmica
La expansión térmica suele ser consecuencia de cambios en la temperatura ambiente, los cuales pueden provocar la expansión de los líquidos contenidos en los tanques y el consecuente aumento de la presión.
La mayoría de las sustancias se expanden cuando se calientan y se contraen cuando se enfrían. Esto se debe al aumento de la energía cinética de las moléculas, que hace que se alejen o se acerquen entre sí. En particular, los líquidos pueden experimentar cambios significativos de volumen frente a variaciones de temperatura.
En un tanque cerrado o en un tramo de tubería aislado, las variaciones de temperatura provocadas por las condiciones ambientales, la radiación solar o el calentamiento propio del proceso pueden generar expansión térmica cuando el líquido se calienta, produciendo un incremento considerable de la presión interna.
Las válvulas de alivio térmico brindan protección contra la sobrepresión cuando un tanque cerrado o un tramo de tubería está expuesto a cambios de temperatura. Estos cambios generan un aumento de presión más lento que en un evento de sobrepresión pero igualmente significativo.
Figura 4. Válvula de alivio térmico Consolidated Serie 19000.
Por lo general, basta con desviar un volumen muy pequeño de líquido para aliviar la presión, por lo que para esta aplicación puede instalarse una válvula de alivio térmico de resorte de acción directa.
En condiciones normales, la fuerza ejercida por el resorte de la válvula es superior a la presión del sistema, manteniendo la válvula cerrada.
Cuando la presión del sistema alcanza el set point, la presión del fluido levanta el disco interno de su asiento, permitiendo que el fluido atraviese la válvula y alivie la presión.
Las válvulas de alivio térmico (Figura 4) normalmente están diseñadas para alcanzar su apertura total cuando la presión supera en un 10 % el set point.
A medida que la presión del sistema disminuye y vuelve a equilibrarse con la fuerza del resorte, el disco vuelve a asentarse sobre el asiento, cerrando nuevamente la válvula.
Escenario de alivio de vacío
Existen diversas causas que pueden generar condiciones de vacío en tanques y terminales.
El vacío puede producirse cuando se bombea líquido fuera de un tanque, cuando el líquido o el vapor contenidos en el sistema se enfrían hasta contraerse, o como consecuencia de cambios en la presión atmosférica.
Si la presión interna desciende significativamente por debajo de la presión atmosférica externa, el tanque puede colapsar. Incluso condiciones de vacío relativamente leves pueden generar esfuerzos mecánicos y provocar daños estructurales en el tanque con el paso del tiempo.
Figura 5. Alivio del exceso de presión.
Las válvulas de venteo presión-vacío con carga por peso son dispositivos de seguridad utilizados en tanques y recipientes de almacenamiento para protegerlos frente a condiciones de sobrepresión o vacío.
Estas válvulas están diseñadas para liberar automáticamente la sobrepresión o permitir el ingreso de aire al tanque cuando la presión o el vacío superan un límite predeterminado. Son elementos esenciales para prevenir daños estructurales en los tanques ocasionados por sobrepresión o vacío excesivos.
Figura 6. Alivio del exceso de vacío.
Las válvulas válvulas de venteo presión-vacío utilizan un plato cargado por peso que permanece asentado gracias a la acción de la gravedad.
Cuando la presión o el vacío dentro del tanque alcanzan el set point de la válvula, el plato se eleva, permitiendo que la presión se libere o que ingrese aire al tanque (Figuras 5 y 6).
El peso del plato determina el valor de presión o vacío al que la válvula comenzará a abrir.
Estas válvulas de plato cargado por peso también son conocidas como venteos de conservación/respiración siendo sus principales usos limitar la fuga de producto en forma de vapor y proteger tanques de almacenamiento de baja presión con techo fijo.
Debido a que las presiones de diseño de estos tanques son muy bajas, el simple bombeo de producto hacia el interior del tanque o un aumento de la temperatura ambiente pueden incrementar la presión de vapor y hacer que las válvulas con carga por peso "respiren", descargando el exceso de presión.
El dimensionamiento y la selección de estas válvulas normalmente se realizan de acuerdo con la norma API 2000.
Estas válvulas son muy eficaces para aliviar condiciones de bajo vacío, pero no son adecuadas para aplicaciones de alta presión o alto vacío, como aquellas en las que una fuente externa de calor actúa sobre el contenido del recipiente.
En estos casos puede ser necesario instalar un dispositivo adicional de alivio de presión capaz de descargar presiones superiores a las permitidas por la válvula de plato cargado por peso.
Estos dispositivos consisten simplemente en escotillas de alivio para tanques, también denominadas “paso de hombre” , que normalmente cuentan con tapas abisagradas.
Las tapas poseen un peso calibrado, un brazo de palanca y, en algunos casos, un contrapeso, con el fin de proporcionar la presión de apertura requerida.
Estos dispositivos de alivio de emergencia están calibrados para abrir a presiones superiores a las de las válvulas de plato cargado por peso.
Cuando se activan para aliviar la presión, están diseñados para permanecer abiertos hasta que sean cerrados manualmente.
Conclusión
Los tanques cerrados y los sistemas de tuberías presentan múltiples riesgos, por lo que requieren dispositivos y sistemas redundantes de protección contra la sobrepresión para evitar que se supere la presión máxima admisible de operación (MAOP, Maximum Allowable Operating Pressure).
Mediante la especificación e instalación de los dispositivos adecuados de alivio de presión, los operadores pueden mitigar eficazmente estos riesgos y garantizar operaciones seguras y eficientes.
En resumen, este artículo ha puesto de manifiesto las posibles causas y los riesgos asociados a la sobrepresión en tanques y tuberías, al tiempo que ha destacado la importancia de escenarios críticos de alivio como el surge, la expansión térmica y el alivio de vacío.
Una protección eficaz depende de una comprensión profunda de estos factores y de la implementación rigurosa de estrategias de mitigación adecuadas. Esto incluye no solo la aplicación de protocolos generales de seguridad y el uso de dispositivos de alivio de presión, sino también la incorporación de soluciones específicamente diseñadas para abordar los desafíos particulares que presentan estos escenarios críticos de alivio, garantizando, en última instancia, la seguridad y la vida útil de estos sistemas esenciales.
