ISO 5208: Pruebas de presión en válvulas, ¿y la confiabilidad?

Análisis del término “tasa de fuga permisible” y relevancia de la ponderación integral del ciclo de vida de las válvulas.

Por: Ing. José Luis Trejo Rosales, Experto en material de válvulas del sector energético.

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Este trabajo presenta un análisis breve y puntual del estándar internacional ISO 5208 para pruebas de presión en válvulas. Para ello, el articulo revisa particularmente el término de “tasa de fuga permisible” y demuestra su naturaleza empírica de los rangos de fuga del estándar ISO. También se analiza la corrección  que aporta la especificación de válvulas API 6D a los valores de “tasa de fuga permisible” de ISO 5208. Así mismo, destaca la importancia que conlleva la ponderación integral del ciclo de vida de las válvulas para lograr el mejor desempeño, más allá de la etapa de pruebas.

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Con el avance de la tecnología de válvulas, los procedimientos y criterios de prueba de presión se han transformado siguiendo el ritmo de cambio de las pruebas estandarizadas; las cuales se han vuelto más sofisticadas, aunque de naturaleza empírica, para medir la capacidad de sello de las válvulas.

Para la industria energética, el principal estándar de válvulas es el ISO 5208: Industrial Valves – Pressure Testing of Metallic Valves. El propósito de esta norma es establecer procedimientos y criterios de aceptación en la verificación de la calidad de las válvulas en términos de su capacidad de sello en condiciones de prueba estándar. La principal diferencia entre la norma internacional ISO 5208, y otros documentos normativos vigentes en la industria energética para pruebas de presión en válvulas, radica en el hecho de que este documento ISO introduce el término “tasa de fuga permisible”. Dicho concepto es aplicado durante el periodo de pruebas, y como tal constituye una etapa importante dentro del ciclo de vida de las válvulas.  Al analizar el estándar ISO 5208, es relevante advertir los niveles o tasas de “fuga” que establece la norma, los cuales van desde un nivel de “fuga fina”, pasando por varios niveles de “fuga burda”, denominados “tasas de fuga permisible (allowable test leakage rates)”. En este punto, nótese que el documento norma un nivel de “fuga estandarizada”. Para pronta referencia de esto, véase la tabla 4 de ISO 5208:2015 o el Anexo A del presente artículo.

El dilema de la prueba de presión en válvulas: Del banco de pruebas al campo, más allá de la norma internacional ISO 5208:2015

Este artículo presenta un análisis breve y oportuno del estándar internacional ISO 5208 para las pruebas de presión de la válvula. Para este propósito, revisa el término "tasa de fuga permitida" y demuestra su naturaleza empírica. También analiza el refinamiento proporcionado por la especificación de la válvula API 6D a los valores de "tasa de fuga permitida" de ISO 5208. Finalmente, destaca la importancia de una evaluación integral del ciclo de vida de la válvula para lograr el mejor rendimiento más allá de la etapa de prueba.

Con el avance de la tecnología de la válvula, los procedimientos de prueba de presión y los criterios se han transformado después del ritmo de cambio de las pruebas estandarizadas, que se han vuelto mas sofisticadas, aunque aun de naturaleza empírica para medir la capacidad de sellado de las válvulas. Para el estándar de la válvula primaria de la industria energética es ISO 5208: válvulas industriales: pruebas de presión de válvulas metálicas. El propósito de este estándar es establecer procedimientos y criterios de aceptación para la verificación de la calidad de la válvula en términos de capacidad de marea en condiciones de prueba estándar.

Etapas del ciclo de vida de válvulas: diseño, fabricación, pruebas, instalación y operación.

La principal diferencia entre el ISO 5208 internacional y otros documentos normativos actuales en la industria del petróleo para las pruebas de presión de la válvula, se encuentra en el hecho de que este documento ISO introduce el termino “tasa de fuga permitida”. Este concepto se aplica durante el periodo de prueba y constituye una etapa importante dentro del ciclo de vida de la válvula. Al analizar el ISO 5208 Standard, es relevante notar los niveles o las tasas de “fuga” que establece, que van desde un nivel de “fuga fina” a través de varios niveles de “bruto fugas”, llamadas “tasas de fuga de prueba permitidas”. En este sentido tenga en cuenta que el documento estándar regula un nivel de "fugas estándar". 

Para una referencia rápida, consulte la Tabla 4 de ISO 5208: 2015 o el Anexo A de este documento. También se observa a partir de la revisión de las "tasas de fuga permitidas" en ISO 5208 que los niveles de "fuga estandarizada" no son respaldados por ningún anexo informativo o normativo que incluya al menos una correlación de datos único sobre los materiales de la pieza que controla la presión, que están intrínsecamente involucradas en la capacidad de sellado de válvulas. Los valores de "fuga permitida" establecidas por ISO son empíricos, como se evidencia en ISO 5208: 2015. El termino “tasa de fuga permitida” es extranjera critica. Especialmente al considerar que las válvulas probadas son nuevas, todos sus materiales están en su total resistencia, se mitigan y no están expuestas a las condiciones de funcionamiento. Sin embargo, exhiben “fuga permitida”.

Por lo tanto, es clave que los usuarios ISO 5208 sean conscientes de que independientemente de la redundancia de las pruebas estandarizadas a las que las válvulas tienen se ha presentado (prueba de aceptación de fabrica de grasa, prueba de aceptación en el sitio, entre otras pruebas requeridas requeridas por el cliente), las válvulas probadas no están exentas de “fugas permisibles”, incluso de la etapa de prueba. Sin embargo, esto se considera aceptable para fines de calidad de la válvula, ya que los fabricantes no pueden permitirse el lujo de suministrar productos no conformes.

También se advierte de la revisión de las “tasas de fuga permisible” de ISO 5208, que los niveles de “fuga estandarizada” no están respaldados por algún anexo informativo o normativo que incluya como mínimo una correlación de datos acerca de los materiales de las partes controladoras de presión, que están intrínsecamente involucradas en la capacidad de sello de válvulas. Los valores de “fuga permisible” que establece ISO son empíricos, como puede validarse de la lectura de ISO 5208:2015.

El termino de “tasa de fuga permisible” es sumamente crítico. En especial cuando se pondera que válvulas objeto de las pruebas son nuevas, tienen toda la resistencia de sus materiales, están mitigadas, y no están expuestas a las condiciones de servicio. Sin embargo, manifiestan “fuga permisible”.

Esquema de válvula de bola en condición de prueba hidrostática.

La figura izquierda representa la válvula en posición de cierre al inicio de la prueba de presión. 

La figura derecha muestra la fuga permisible que se manifiesta durante el tiempo de prueba estándar. 

La presión de prueba y fuga permisible están esquematizadas en color rojo.

Para los usuarios de válvulas en la industria energética, las “tasas de fuga permisible” de la norma ISO 5208, se adaptan y ajustan a los requisitos particulares de los estándares o especificaciones de producto. El ejemplo puntual de esto, es la especificación API 6D, para válvulas en ductos y sistemas de tuberías, la cual complementa y perfecciona lo establecido por ISO 5208 en cuanto a las “tasas de fuga permisible” acotándola convenientemente en términos de la tecnología de sellos en válvulas.

En efecto, la Especificación de válvulas API 6D circunscribe competentemente, lo que en la práctica puede esperarse de la capacidad de sello de válvulas para aplicaciones petroleras. Además, lo hace en función de las tecnologías de sello.

De acuerdo con API 6D, las pruebas y criterios de aceptación de ISO 5208 se especifican exclusivamente para dos tipos de asientos en válvulas: “asientos suaves (soft-seated)” y “asientos metálicos (metal-seated)”. Nótese que, en este punto, la terminología estandarizada de sellos de asiento es puntual, y exclusivamente se refiere a los “asientos suaves” y “asientos metálicos. De tal forma, no deja lugar para términos mixtos tales como los asientos “Primarios metálicos-secundarios suaves (PMSS)”, entre otros diseños de asientos existentes en el mercado.

Siendo precisos, al emplear las tecnologías de asientos en válvulas, el término “asientos suaves” se refiere a los asientos con insertos poliméricos (PTFE, PEEK, entre otros). Como consecuencia, es apropiado referirnos a ellos como asientos con sellos poliméricos, ya que es gracias las propiedades resilientes de los materiales del inserto que se puede alcanzar la máxima capacidad de sellado. La cual, de acuerdo con la lógica de API 6D, le corresponde una “tasa de fuga permisible A de ISO 5208”. Es decir, una “tasa de fuga no visible” durante la duración de la prueba. Por otro lado, el término “asientos metálicos”, esta inherentemente relacionado al uso de asientos metálicos sin insertos poliméricos. Es decir, sellos metálicos a los cuales, siguiendo la filosofía de API 6D, les corresponde una “tasa de fuga permisible D de ISO 5208”, que  está asociada a un nivel de “fuga” o pase interno desde la etapa de prueba.

Los niveles de “fuga permisibles” asociados a las tecnologías de “asientos suaves” y “asientos metálicos”, respectivamente, están documentados en el Anexo B del presente trabajo. Ahí, se muestra la “tasa máxima de fuga permisible”, para prueba hidrostática y prueba neumática.

En este punto del análisis, es fundamental per- catarse que los niveles de “fuga permisible”, al ser acotados y mejorados por API 6D (Tasa A para sellos suaves y Tasa D para sellos metálicos), proporcionan a los usuarios de válvulas, un criterio de prueba seguro en términos de confiablidad. Lo anterior, debido a que en cada nueva edición de ISO 5208 se relajan las “tasas de fuga permisibles”, accediendo a niveles de fuga permisible más burdos que las versiones previas de dicho documento.

A pesar de las implicaciones de las tasas de fuga permisible, la buena noticia es que, para lograr el mejor desempeño de las válvulas, es indispensable analizar de forma integral cada una de las etapas de su ciclo de vida. Ello implica una ponderación más amplia, que no esté limitada exclusivamente a cifrar la selección de las válvulas sólo en la etapa de pruebas.

Como hemos visto anteriormente, por más que los usuarios dupliquen, tripliquen o incluso cuadripliquen la cantidad de pruebas y la documentación asociada (con el impacto asociado en costos y tiempos de entrega que la “sobre-especificación” representa), las válvulas presentarán “fuga permisible”, aunque sea “visible” o “no visible”.

La óptima selección de válvulas consiste en un proceso que debe ponderar el ciclo de vida de las mismas (ingeniería, diseño, fabricación, pruebas, pre-arranque, operación, desincorporación o desmantelamiento). Dicho proceso pasa necesariamente por el análisis de la compatibilidad de materiales en escenarios operacionales reales.

Los anteriores, constituyen aspectos críticos que están más allá del alcance de la normatividad. Y esta actividad estratégica compete principalmente a las entidades profesionales de ingeniería, que no se limitan a transcribir textos de los estándares técnicos para justiciar la selección y especificación de válvulas.

Las válvulas tienen injerencia en la seguridad de los procesos, la infraestructura, los recursos humanos y el medio ambiente.

Conclusión

Desde un punto de vista tecnológico, si bien se reconoce que el test de presión en válvulas de ISO 5208 constituye la prueba no destructiva más exigente que deben pasar las válvulas para asegurar la calidad de la manufactura, se subestima el hecho de que existe una limitación sistémica implícita en las “tasas de fugas permisible” del estándar internacional. Dicha limitante puede corregirse y mejorar sustancialmente mediante la valoración  del ciclo integral de vida de las válvulas. Esta mejora impacta positivamente en la confiabilidad de las válvulas, por encima de la etapa de pruebas.