SELECCIÓN DEL MATERIAL DEL CUERPO DE LAS VÁLVULAS DE CONTROL

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)

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.

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”.

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