Prueba hidrostática

Una prueba hidrostática es un método para comprobar la resistencia y la ausencia de fugas en recipientes a presión como tuberías , sistemas de fontanería , bombonas de gas , calderas y depósitos de combustible. La prueba consiste en llenar el recipiente o sistema de tuberías con un líquido, generalmente agua, que puede teñirse para facilitar la detección visual de fugas , y presurizar el recipiente hasta la presión de prueba especificada. La estanqueidad se comprueba cerrando la válvula de suministro y observando si hay pérdida de presión. La ubicación de una fuga se puede identificar visualmente con mayor facilidad si el agua contiene un colorante. La resistencia se suele comprobar midiendo la deformación permanente del recipiente.

El ensayo hidrostático es el método más común para probar tuberías y recipientes a presión. Este ensayo ayuda a mantener los estándares de seguridad y la durabilidad del recipiente a lo largo del tiempo. Las piezas recién fabricadas se califican inicialmente mediante el ensayo hidrostático y luego se revalidan a intervalos regulares según la norma correspondiente. En algunos casos, cuando no es posible realizar un ensayo hidrostático, un ensayo de presión neumática puede ser una alternativa aceptable. ^{[ 1 ]}

Las pruebas de los recipientes a presión para el transporte y almacenamiento de gases son muy importantes, ya que dichos contenedores pueden explotar si fallan bajo presión.

Las pruebas hidrostáticas se realizan bajo las limitaciones de las especificaciones de la industria o del cliente, o pueden ser requeridas por ley. El recipiente se llena con un líquido casi incompresible (generalmente agua o aceite ), se presuriza a la presión de prueba y se examina para detectar fugas o cambios permanentes en su forma. Se pueden agregar tintes rojos o fluorescentes al agua para facilitar la detección de fugas. La presión de prueba siempre es considerablemente mayor que la presión de operación para proporcionar un factor de seguridad. Este factor de seguridad suele ser del 166,66 %, 143 % o 150 % de la presión de trabajo de diseño, según las regulaciones aplicables. Por ejemplo, si un cilindro tiene una clasificación DOT-2015 PSI (aproximadamente 139 bar), se probaría a alrededor de 3360 PSI (aproximadamente 232 bar).

El agua se usa comúnmente porque es barata y fácil de conseguir, y generalmente no daña el sistema que se está probando. Se pueden especificar fluidos y aceites hidráulicos cuando la contaminación con agua podría causar problemas. Estos fluidos son casi incompresibles, por lo que requieren relativamente poco esfuerzo para generar alta presión y, por lo tanto, solo pueden liberar una pequeña cantidad de energía en caso de falla; solo un pequeño volumen escapará a alta presión si el recipiente falla. Si se usara gas a alta presión , este se expandiría a V=(nRT)/p con su volumen comprimido, lo que resultaría en una explosión, con el consiguiente riesgo de daños o lesiones.

Los recipientes a presión pequeños normalmente se prueban mediante una prueba de camisa de agua. El recipiente se examina visualmente para detectar defectos y luego se coloca en un recipiente lleno de agua, en el que se puede medir el cambio de volumen del recipiente, generalmente monitoreando el nivel de agua en un tubo calibrado. Luego, el recipiente se presuriza durante un período específico, generalmente 30 segundos o más, y si se especifica, la expansión se medirá leyendo la cantidad de líquido que ha sido forzado a entrar en el tubo de medición por el aumento de volumen del recipiente presurizado. Luego, el recipiente se despresuriza y el aumento de volumen permanente debido a la deformación plástica mientras está bajo presión (El ajuste permanente se mide comparando el volumen final en el tubo de medición con el volumen antes de la presurización. ^{[ 2 ]}

Una fuga dará un resultado similar al de la deformación permanente, pero será detectable manteniendo el volumen en el recipiente presurizado cerrando la válvula de entrada durante un período antes de despresurizar, ya que la presión caerá gradualmente durante este período si hay una fuga. En la mayoría de los casos, una deformación permanente que supere el máximo especificado indicará una falla. Una fuga también puede ser un criterio de falla, pero puede deberse a un sellado deficiente del equipo de prueba. Si el recipiente falla, normalmente se someterá a un proceso de descarte que marcará el cilindro como no seguro. ^{[ 2 ] [ 3 ]}

La información necesaria para especificar la prueba está impresa en el cilindro. Esto incluye la norma de diseño, el número de serie, el fabricante y la fecha de fabricación. Después de la prueba, el recipiente o su placa de identificación generalmente se marca con la fecha de la prueba exitosa y la marca de identificación del laboratorio de pruebas. ^{[ 3 ]}

Una prueba más sencilla, que también se considera una prueba hidrostática pero que no requiere bombas de presión, consiste en presurizar el recipiente llenándolo con agua hasta alcanzar una altura hidrostática mediante una tubería ascendente conectada al tanque y examinar físicamente el exterior en busca de fugas. Este tipo de prueba es adecuada para contenedores como los tanques de combustible de embarcaciones, que no son recipientes a presión pero deben funcionar bajo la presión hidrostática de su contenido. La altura de la prueba hidrostática se suele especificar como una altura por encima de la parte superior del tanque. El tanque se presuriza llenándolo con agua hasta la altura especificada a través de una tubería vertical provisional, si fuera necesario. Puede ser necesario sellar las ventilaciones y otras salidas durante la prueba. ^{[ 4 ]}

Los extintores portátiles son herramientas de seguridad obligatorias en la mayoría de los edificios públicos. También se recomienda su uso en hogares. Con el tiempo, las condiciones de almacenamiento y la forma de manipulación afectan la integridad estructural del extintor. Un extintor debilitado puede fallar o incluso reventar en el momento más crítico. Para garantizar la calidad y seguridad de este producto, se realizan pruebas hidrostáticas. Todos los componentes críticos del extintor deben someterse a pruebas para asegurar su correcto funcionamiento.

Las pruebas hidrostáticas de tuberías, oleoductos y recipientes se realizan para detectar materiales defectuosos que no se hayan detectado previamente, asegurar que los defectos restantes sean lo suficientemente insignificantes como para permitir la operación a las presiones de diseño, detectar posibles fugas y servir como validación final de la integridad del sistema construido. La norma ASME B31.3 exige estas pruebas para garantizar la estanqueidad y la resistencia.

Las tuberías subterráneas de petróleo y gas de alta presión se someten a pruebas de resistencia presurizándolas a al menos el 125 % de su presión máxima de trabajo admisible (MAWP) en cualquier punto a lo largo de su longitud. Dado que muchas tuberías de transmisión de larga distancia están diseñadas para tener una tensión circunferencial del acero del 80 % de la resistencia mínima de fluencia especificada (SMYS) a la presión máxima de operación admisible ( MAOP), esto significa que el acero se somete a una tensión igual o superior a la SMYS durante las pruebas, y las secciones de prueba deben seleccionarse para garantizar que no se produzca una deformación plástica excesiva.

Para tuberías construidas según ASME B31.3, si la temperatura de diseño es mayor que la temperatura de prueba, la presión de prueba debe ajustarse según la tensión admisible correspondiente a la temperatura de diseño. Esto se realiza multiplicando 1.5 MAWP por la relación entre la tensión admisible a la temperatura de prueba y la tensión admisible a la temperatura de diseño, según la ecuación 24 de la sección 345.4.2 de ASME B31.3. Las presiones de prueba no deben exceder un valor que produzca una tensión superior a la tensión de fluencia a la temperatura de prueba. Sección 345.4.2 (c) de ASME B31.3.

Otros códigos requieren un enfoque más riguroso. La norma BS PD 8010-2 exige realizar pruebas al 150 % de la presión de diseño , la cual no debe ser inferior a la presión máxima de operación admisible (MAOP) más las sobretensiones y otros efectos incidentales que se produzcan durante el funcionamiento normal.

Las pruebas de estanqueidad se realizan equilibrando los cambios en la presión medida en la sección de prueba con los cambios de presión teóricos calculados a partir de los cambios en la temperatura medida de la sección de prueba.

La norma australiana AS2885.5 "Oleoductos - Gas y petróleo líquido: Parte 5: Pruebas de presión en campo" ofrece una excelente explicación de los factores involucrados.

En la industria aeroespacial, dependiendo de la aerolínea, la empresa o el cliente, se deben seguir ciertos códigos. Por ejemplo, Bell Helicopter tiene una especificación que debe cumplirse para todas las piezas que se utilicen en sus helicópteros.

La mayoría de los países cuentan con legislación o códigos para recipientes a presión que exigen que estos se sometan a pruebas periódicas, por ejemplo, cada dos años (con una inspección visual anual) para cilindros de gas de alta presión y cada cinco o diez años para los de menor presión, como los utilizados en extintores . ^{[ 5 ]} Los cilindros de gas que fallan se destruyen normalmente como parte del protocolo de pruebas para evitar los peligros inherentes a su uso posterior. ^{[ 6 ]}

Estos cilindros de gas estándar comunes de EE. UU. tienen los siguientes requisitos: ^{[ 7 ]}

• Las bombonas de gas DOT-3AL deben someterse a pruebas cada 5 años y tienen una vida útil ilimitada.
• Las bombonas de gas DOT-3HT deben someterse a pruebas cada 3 años y tienen una vida útil de 24 años.
• Los cilindros de gas DOT-3AA deben someterse a pruebas cada 5 años y tienen una vida útil ilimitada. (A menos que estén marcados con una estrella (*), en cuyo caso el cilindro cumple con ciertas especificaciones y puede tener una vida útil de prueba hidrostática de 10 años).

Por lo general, organizaciones como DOT PHMSA , ISO , ASTM y ASME especifican las directrices para los diferentes tipos de recipientes a presión.

Las pruebas hidráulicas son un proceso peligroso y deben ser realizadas con precaución por personal competente. El cumplimiento de los procedimientos establecidos en las normas técnicas pertinentes , adecuadas a la aplicación y jurisdicción específicas, generalmente reduce estos riesgos a un nivel aceptable.

• Una fuga de líquido a alta presión puede cortar o penetrar la piel e inyectarse en los tejidos corporales. Esto puede causar lesiones graves al operario y, si el fluido es tóxico o está contaminado, se producirán efectos adversos adicionales.
• Una manguera presurizada que no esté bien sujeta o que falle bajo presión puede agitarse violentamente, rociando agua o aceite y pudiendo golpear a alguien y causarle lesiones. Se puede utilizar un dispositivo antilatigazo cervical para sujetar dichas mangueras.
• Entre las precauciones habituales se incluyen el encapsulamiento de los componentes que se van a probar, la señalización de peligro, el uso de equipos de protección individual adecuados y la instalación de barreras de acceso para el personal no esencial.

• Ensayos no destructivos – Tipo de técnica de análisis 
• Pruebas e inspección de botellas de buceo : Inspección y pruebas periódicas para revalidar su aptitud para el servicio. 

• "OSHA" . Consultado el 5 de octubre de 2006 .