Discos de ruptura: la última capa de protección de los equipos a presión

Sistemas de alivio de presión: esenciales para la seguridad de los equipos a presión

Cualquier equipo industrial diseñado para trabajar por encima de 0,5 bares relativos de presión está sujeto a la Directiva de Equipos a Presión PED. Esta normativa aplica al diseño, fabricación y conformidad de estos equipos, y, a grandes rasgos, nos indica que para proteger frente a sobrepresiones no deseadas, estos equipos deben estar equipados con un sistema de alivio de presión. Estos sistemas de alivio de presión deben ser totalmente pasivos, ya que son la última capa de protección del equipo: cuando los equipos de control y de prevención no hayan funcionado, estos sistemas abrirán, aliviando de esta manera la sobrepresión. Hablamos de válvulas de seguridad, el dispositivo de alivio de presión más conocido y utilizado, y también de discos de ruptura.

Podemos encontrar discos de ruptura en múltiples aplicaciones: desde los airbags y  sistemas de refrigeración de nuestros coches, hasta las líneas de oxígeno de las mascarillas de los aviones pasando por condensadores de vapor en plantas de generación de energía o en tanques de almacenamiento de productos químicos. En resumen, existen un sinfín de aplicaciones e industrias para los discos de ruptura, con aplicaciones muy dispares.

La importancia del disco de ruptura en la industria

Sin duda, el dispositivo de alivio de presión más utilizado en la mayoría de industrias es la válvula de seguridad (PSV). Su principio de funcionamiento es muy simple: la válvula se mantiene cerrada gracias a un muelle y se abre cuando la presión alcanza un determinado valor de presión, aliviando la sobrepresión. Cuando la presión vuelve a bajar, el muelle vuelve a cerrar el disco de la válvula, permitiendo que se pueda seguir operando con normalidad. Este hecho, el volver a cerrar, es el que hace de las PSV’s la primera opción en cuanto a sistemas de alivio de presión. Para hacernos una idea, en una refinería europea de tamaño mediano se pueden encontrar de media 3000 sistemas de alivio de presión, de los cuales el 95-98% serán válvulas de seguridad. Los discos de ruptura conforman el 2-5% restante. El disco de ruptura, como su propio nombre indica, romperá, y no volverá a cerrar. Por lo tanto se perderá la presión en el sistema, habrá que parar, sustituir el disco, y reiniciar el proceso.

Así que nos preguntamos, ¿en qué casos puede ser interesante contemplar el uso de discos de ruptura? ¿Qué aspectos en el diseño hacen recomendable el uso de discos de ruptura?

• Estanqueidad: los propios estándares de fabricación y testeo de válvulas de seguridad (API 527; EN ISO 4126-1) permiten que una válvula fugue. Esta fuga se ve incrementada a medida que la presión de operación del proceso se va aproximando a la del tarado de la PSV. Si lo que fuga es vapor de agua a la atmósfera, nadie se echará las manos a la cabeza. Si lo que se emite es hidrógeno, óxido de etileno (un gas muy reactivo), o un producto tóxico para el medio ambiente, las consecuencias son mucho más peligrosas. 
• Polimerización, cristalización, solidificación: de igual manera sucede con productos que sean pegajosos, de alta viscosidad, que puedan cristalizar, polimerizar o solidificarse. Si no se realiza un correcto mantenimiento de la PSV, las partes móviles internas pueden quedar inutilizadas. 
• Mantenimiento: una PSV requiere de muchos recambios, limpiezas y reparaciones periódicas, lo que hace aumentar el coste total de propiedad, para su correcto funcionamiento. 

Un disco de ruptura apenas necesita mantenimiento: si rompe se cambia, aunque también se puede realizar una sustitución de forma preventiva. El disco no tiene piezas sueltas ni móviles que se deban sustituir periódicamente. 

• Corrosión: cuando estamos tratando con un producto corrosivo, además de la necesidad de materiales más exóticos (y caros), la PSV requerirá de más mantenimiento, recambios y reparaciones. De nuevo, el coste total de propiedad debe tenerse en cuenta.
• Fiabilidad: si una PSV no está bien mantenida, como cualquier otro equipo, está sujeta a fallos. Si falla el sistema de alivio de presión en un equipo a presión, las consecuencias pueden ser catastróficas. Un disco de ruptura es mucho más seguro, cuando se rompe, se cambia.  

Otros aspectos que pueden ser considerados para la elección de un disco de ruptura como sistema primario de alivio de presión son:

• Peso y tamaño: en general, la instalación de un disco de ruptura es más sencilla pues tiene un diseño mucho más ligero y compacto que una PSV. 
• Velocidad de apertura: un disco de ruptura abre de forma instantánea, dejando todo el paso libre en cuestión de milisegundos. El ejemplo del airbag de un coche es muy visual, ya que la velocidad lo es todo. Lo que separa la bolsa del cartucho generador de gas es un disco de ruptura. En la industria química, por ejemplo, algunas reacciones exotérmicas se pueden producir a gran velocidad.
• Limpieza: la instalación de un disco de ruptura puede realizarse a ras del equipo, sin necesidad de distancias entre proceso y disco, por lo que son más fáciles de limpiar y eliminan/minimizan espacios intermedios.
• Detección: se puede detectar la apertura de un disco mediante un indicador de ruptura.

En todos estos casos, el ingeniero que diseñe la seguridad del proceso se deberá plantear el uso de un disco de ruptura, ya sea como sistema primario de alivio de presión, o bien en la combinación disco de ruptura + válvula de seguridad, ya sea en paralelo o en serie con la válvula: la instalación de un disco de ruptura a la entrada de una PSV (concepto Valveguard) ayuda a mejorar todos estos aspectos.

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