España es líder mundial en innovación, tecnología y construcción de plantas termosolares CSP, participando en la mayoría de los proyectos que actualmente se están  desarrollando en todo el mundo.

CADE ha participado activamente en muchos de estos proyectos de la mano de las principales compañías del sector, apoyándolas con todas nuestras capacidades y experiencia en el ámbito del diseño térmico y de proceso, diseño mecánico, análisis térmico-estructural y fluido-dinámico, fundamentalmente en el diseño y evaluación de equipos críticos, mejora y optimización de plantas en operación y estructuras CSP.

Dentro de las referencias de CADE destacan los trabajos desarrollados en intercambiadores de calor, tanto en el tren de generación de vapor como en el tren de sales en aquéllas plantas que disponen de almacenamiento térmico basado en  sales fundidas.

Un profundo conocimiento del proceso y la operación de estas plantas junto con la potencia que permite el uso herramientas FEA (Finite Element Analysis)  nos han aportado una amplia información sobre el comportamiento de estos equipos durante los distintos ciclos de funcionamiento, parada y puesta en marcha, permitiendo prever y evitar posibles fallos que se traducen en un elevado coste económico para los propietarios/operadores.

En este sentido, el análisis de fatiga, que valora el efecto de los ciclos de cargas de origen termo-mecánico, es una pieza clave en el diseño y validación de intercambiadores de calor, tal como recogen los distintos códigos de diseño de equipos a presión (ASME, UNE-EN 13445, etc.).

El daño producido por las cargas cíclicas en una determinada zona o componente de un equipo depende, principalmente, de dos parámetros: la amplitud de la variación de las tensiones lo largo de un ciclo (stress amplitude), y el número de ciclos. El daño que genere un determinado valor de tensión alterna (amplificada por ciertos coeficientes según el código de diseño) será la relación entre el número de ciclos real y el número de ciclos permitido según la curva de fatiga de cada material.

 Podemos diferenciar dos tipos de  ciclos de P-Tª en un intercambiador:

  • Ciclos de arranque o “ciclos largos”, que se producen diariamente  siguiendo el ciclo solar (arranque-operación-parada), o que se inician por una puesta en marcha tras una avería, tareas de mantenimiento, descensos prolongados de la radiación solar, etc.
  • Ciclos cortos, que son debidos a alteraciones en los niveles de radiación solar durante el funcionamiento normal de los intercambiadores. Estas alteraciones, que provocan fluctuaciones térmicas en los fluidos de intercambio, son originadas, generalmente, por efecto de la climatología, paradas de corta duración, etc.

Así, el daño total por fatiga será la suma de los daños ocasionados por ambos tipos de ciclos.

Sin título-1

Los ciclos de arranque se  caracterizan por saltos térmicos considerables que generan variaciones importantes en las tensiones estructurales de los equipos (stress range), aunque presentan un número de repeticiones relativamente bajo (inferior a 1 o 2 ciclos diarios).

Los ciclos cortos, en cambio, se caracterizan por un elevado número de fluctuaciones, varias veces superior al de los arranques diarios o ciclos largos. Esto provoca que, aún con saltos térmicos relativamente bajos, puedan generar un daño por fatiga apreciable. La amplitud de tensiones en estos ciclos dependerá tanto del salto térmico (mayores saltos térmicos generan mayores saltos de tensión), como de la velocidad de las rampas térmicas (ΔT/tiempo), pues rampas más rápidas o bruscas generan mayores gradientes térmicos en determinadas zonas del intercambiador, que se traducen en dilataciones diferenciales entre zonas adyacentes y, por tanto, en tensiones localizadas que pueden resultar relevantes.

En conclusión, nuestra experiencia nos ha demostrado que, a la hora afrontar el análisis a fatiga en este tipo de intercambiadores, no podemos despreciar, a priori,  el efecto de las fluctuaciones térmicas de corta duración.

Compartir:












  • Email
  • RSS