Cálculo del área de alivio de un disco de ruptura según API 520

Respuesta corta: el área de alivio de un disco de ruptura se calcula con las ecuaciones de API 520 Parte I (equivalentes a las de ASME) para el caudal del peor escenario. Si el disco descarga directo a la atmósfera y cumple la regla de "8 y 5 diámetros", se usa el método del coeficiente de descarga con K_D = 0,62. En cualquier otro caso se usa el método de resistencia al flujo, en el que el disco es un accesorio más de la tubería con su factor K_R certificado.

Por el equipo técnico de P&V Control Devices · Publicado el 4 de octubre de 2026 · Lectura: 9 min

Antes de calcular: el caudal de alivio

Respuesta directa: el área depende del caudal que hay que evacuar, y ese caudal sale del análisis de escenarios, no del tamaño de la línea.

API 521 ayuda a identificar los escenarios de sobrepresión: incendio externo, falla de agua de enfriamiento, bloqueo de la salida, falla de una válvula de control, ruptura de tubos de un intercambiador, reacción fuera de control, entre otros. Para cada uno se estima el caudal de alivio y se dimensiona con el más exigente. En reacciones fuera de control y deflagraciones el caudal puede ser bifásico y requiere metodologías específicas (por ejemplo, las de DIERS) que quedan fuera de esta guía.

Los dos métodos de dimensionamiento

Regla "8 y 5": el disco descarga directamente a la atmósfera, está instalado a no más de 8 diámetros de tubería del recipiente, la tubería de descarga no excede 5 diámetros y el diámetro nominal de las tuberías de entrada y salida no es menor que el del disco.

Ecuación para gas o vapor en flujo crítico

Cuando la contrapresión es menor que la presión crítica (para aire, aproximadamente el 53 % de la presión absoluta de alivio), el flujo es crítico y API 520 Parte I da, en unidades inglesas:

A = W / (C · K_D · P₁ · K_b · K_c) · √(T · Z / M)

• A: área efectiva de descarga requerida, in².
• W: caudal másico de alivio, lb/h.
• C: coeficiente que depende de la relación de calores específicos k: C = 520 · √[k · (2/(k+1))^(k+1)/(k-1)]. Para k = 1,4, C ≈ 356.
• K_D: coeficiente de descarga; 0,62 para un disco de ruptura bajo la regla "8 y 5".
• P₁: presión de alivio aguas arriba, psia = presión de ruptura + sobrepresión permitida + presión atmosférica.
• K_b: factor de corrección por contrapresión (1,0 en flujo crítico para un disco).
• K_c: factor de combinación; 1,0 si no hay disco aguas arriba de una válvula.
• T: temperatura de alivio, °R; Z: factor de compresibilidad; M: masa molecular.

API 520 incluye la versión equivalente en unidades SI. Si la contrapresión supera la presión crítica, el flujo es subcrítico y se usa otra ecuación.

Ejemplo resuelto (orientativo)

Un recipiente de aire comprimido con MAWP de 100 psig debe aliviar 10 000 lb/h a 100 °F. El disco, marcado a 100 psig, descarga directo a la atmósfera y cumple la regla "8 y 5". Hay un único dispositivo, así que se admite una acumulación del 10 %.

1. P₁ = 100 + 10 + 14,7 = 124,7 psia.
2. T = 100 + 460 = 560 °R; Z ≈ 1; M = 28,97; k = 1,4, por lo que C ≈ 356.
3. A = 10 000 / (356 × 0,62 × 124,7) × √(560 / 28,97).
4. 356 × 0,62 × 124,7 ≈ 27 524; 10 000 / 27 524 ≈ 0,363; √19,33 ≈ 4,40.
5. A ≈ 1,60 in², equivalente a un diámetro de flujo de unos 1,43 in.

Con este resultado, un disco de 2 in suele tener área de sobra, pero la comprobación final se hace con el área mínima neta de flujo que publica el fabricante para ese modelo y tamaño, que puede ser menor que el área interior de la tubería por los pétalos o los soportes.

Servicio líquido

Para líquidos, API 520 relaciona el caudal volumétrico con la raíz de la caída de presión y la densidad relativa; en unidades inglesas tiene la forma A = Q / (38 · K_D · K_w · K_c · K_v) · √(G / (P₁ − P₂)), con Q en gpm y presiones en psig. Para un disco de ruptura bajo la regla "8 y 5" se usa K_D = 0,62, y K_v corrige si el líquido es viscoso. Además, conviene confirmar que el modelo de disco sea apto para servicio líquido (algunos discos de pandeo inverso necesitan gas bajo la cúpula para abrir por completo).

Método de resistencia al flujo (K_R)

Respuesta directa: en lugar de calcular un área, se verifica que todo el sistema de alivio (boquilla de entrada, disco, tubería, codos y salida) pueda pasar el caudal requerido con la presión disponible.

1. Se suman las resistencias de cada tramo: fricción de tubería (fL/D), accesorios, entrada, salida y el K_R certificado del disco.
2. Con esa resistencia total se calcula el caudal del sistema mediante ecuaciones de flujo compresible (gas) o incompresible (líquido).
3. Se aplica un factor de seguridad de 0,9 a la capacidad calculada, como piden los códigos para este método.
4. Se comprueba que la capacidad resultante supera el caudal requerido.

El K_R se obtiene por ensayo para cada modelo y tamaño. Si no se dispone del valor certificado, se suele usar un valor conservador (por ejemplo, K_R = 2,4 según la práctica de ASME para discos sin certificar), lo que penaliza la capacidad. Más detalle en el glosario.

Disco aguas arriba de una válvula

En una combinación disco + válvula, el área la define la válvula. Su capacidad se multiplica por el factor de combinación K_c: 0,9 si no existe un factor certificado para esa pareja, o el valor certificado si existe. Además, el disco no debe tener un área de flujo menor que la entrada de la válvula. Ver disco de ruptura vs válvula de alivio.

Errores frecuentes

• Aplicar K_D = 0,62 con una tubería de descarga larga o conectada a un cabezal.
• Usar presión manométrica en lugar de absoluta en P₁.
• Olvidar la acumulación permitida (o usar la de fuego cuando el escenario no es de fuego).
• Comparar el área calculada con el área interior de la tubería y no con el área mínima neta de flujo del disco.
• No revisar la caída de presión de entrada cuando el disco protege una válvula.

Nota: guía educativa. Las ecuaciones y factores deben tomarse de la edición vigente de API 520 y del código aplicable al equipo.

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