Prueba hidrostática y expansión volumétrica

Las pruebas hidrostáticas realizadas con bancos de pruebas para someter muchos recipientes a presión, son las más importantes para corroborar y validar la hermeticidad, resistencia e integridad estructural de los recipientes (como ductos, líquidos o cilindros que transportan y mueven gases disueltos, comprimidos, licuados, líquidos a temperaturas más altas que la temperatura de la atmósfera.

Esos contenedores se usan para producir energía por medio de niveles extremos de temperatura, por tal motivo, si llegan a presentar una falla, ocurrirán situaciones muy peligrosas y con daños tanto para las instalaciones como personal. Esta prueba se relaciona con un concepto relevante para los fabricantes u operadores de sistemas de alta presión: expansión volumétrica. Si desean conocer más detalles sobre esa relación, continúen la lectura de esta publicación.

El ensayo de presión hidrostática

Las pruebas hidrostáticas garantizan la seguridad de cilindros a presión. Permiten conocer el correcto dimensionamiento de diseño y revisar la existencia de fallas durante la fabricación de los recipientes sometidos a presión. Igualmente, es una buena opción para garantizar la seguridad a lo largo de su vida útil y mientras son utilizados rutinariamente.

Los recipientes que operan a presiones muy altas, como ductos, líneas, tanques y cilindros, tienen que diseñarse, construirse y fabricarse según los requisitos técnicos para su validación que recomiendan y demandan las organizaciones nacionales e internacionales. En cualquiera de los códigos de fabricación y diseño de estos recipientes se toma en cuenta la realización de las pruebas de presión hidrostática, en las que la magnitud de ensayo varía según las particularidades de cada normativa.

Generalmente, los expertos en sistemas a altas presiones sugieren ejecutar la prueba hidrostática al culminar la fabricación de los recipientes, al terminar su instalación en el sistema específico o cuando sean sometidos a mantenimientos y reparaciones relevantes, en las que esté involucrada su estructura. Otra recomendación es aplicar el ensayo hidrostático cada cierto periodo conforme a las reglamentaciones.

La realización de la prueba hidrostática requiere, como mínimo, los siguientes equipos:

  • Bomba de agua. Debe ser de bajo flujo y ofrecer la capacidad de producir la presión requerida para la prueba, según la resistencia estructural del recipiente. Puede ser una bomba eléctrica o manual, aunque la última no es muy útil.
  • Manguera de alta presión. A diferencia de las mangueras normales, se fabrican con materiales capaces de soportar la presión de la prueba, como poliamida en el interior, mallas de acero tensado, capas de fibra sintética trenzada y cubierta de poliuretano.
  • Manómetro. Su capacidad debe ser 1.5 veces mayor que la presión de la prueba, estar calibrado y contar con un certificado otorgado por laboratorios de metrología para corroborar su confiabilidad.

Para no crear el sistema con elementos separados, se pueden adquirir bancos de pruebas, que integran los componentes básicos y otros, como las válvulas de presión.

Pruebas hidrostáticas y expansión volumétrica

Usualmente, los ensayos realizados con los bancos de pruebas se clasifican según su aplicación:

  • Ensayo a cilindros de acero cuyo contenido son los gases licuados, disueltos o comprimidos, como dióxido de carbono, oxígeno, aire, gas licuado de petróleo, acetileno, entre otros.
  • Prueba a equipos sometidos a altas presiones, como autoclaves industriales o médicos, tanques, calderas, reactores, entre otros.
  • Ensayo a ductos, líneas o sus secciones, en las que se mueven fluidos o hidrocarburos, por ejemplo, oleoductos, minerales, gasoductos, entre otros.

Las pruebas de presión suelen producir una expansión en el volumen de ducto, línea, cilindro o recipiente según el espesor de su pared. A esto se le conoce como expansión volumétrica. La prueba de expansión se realiza en cilindros de gases licuados, disueltos o comprimidos, debido a sus grandes dimensiones. Para ello, se usa el método de bureta de nivel y camisa de agua según las normas aplicables.

De forma básica, el procedimiento abarca los siguientes pasos:

  • El cilindro por probar es encerrado y se suspende en una camisa de agua, es decir, un recipiente lleno de agua que cuenta con los accesorios y coples requeridos.
  • La presión hidrostática correspondiente se aplica dentro del cilindro.
  • Se mide el volumen total del líquido desplazado desde el recipiente al expandirse el cilindro sometido a la presión.
  • Al finalizar la presión dentro del cilindro, se mide el volumen de líquido que se desplazó debido a la expansión residual de ese recipiente.

Los volúmenes que se midan representarán tanto la expansión volumétrica permanente del cilindro bajo ensayo y el volumen total.  Es importante que la bureta de nivel sea ajustable para que se obtenga el cero absoluto antes de la expansión permanente y la expansión total por la expansión volumétrica del recipiente y la presión de agua producida dentro de este.

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