DISEÑO Y ANÁLISIS DE UNA CONEXIÓN FLEXIBLE EN RANGO CREEP

Objetivo

Un fabricante de equipos de calderería necesitaba validar el diseño de una conexión flexible, entre un reactor y un generador de vapor, para cumplir con los requisitos del usuario final. Esta conexión debía unir la salida de dos equipos que trabajaban a altas temperaturas y considerar el desplazamiento de una de las salidas, al alcanzar una elevada temperatura.

Inicialmente, el fabricante había propuesto un diseño helicoidal, para absorber las presiones generadas por el desplazamiento y minimizar el número de tensiones. Cuando CADE realizó el análisis CREEP, se determinó que los niveles de tensiones generados eran demasiado altos en este primer diseño, incluso en estado de reposo, debido principalmente al elevado peso de la tubería. 

Se propuso entonces un segundo diseño, también en espiral, aunque con una geometría mucho más horizontal y menos pesada. Sin embargo, el sistema todavía era demasiado rígido para absorber las tensiones generadas por el desplazamiento y, finalmente, se solicitó a CADE tanto el diseño como la validación FEA (Análisis por Elementos Finitos) de una solución alternativa para dicha conexión.

Nuestra solución de diseño

Tras estudiar diferentes diámetros y longitudes, el equipo de CADE definió una nueva geometría para el diseño, así como la ubicación de los apoyos y la forma en la que la tubería debería trabajar.

Teniendo en cuenta el desplazamiento de una de las salidas en la que se alcanzaba una elevada temperatura, se propuso la colocación de una tubería traccionada en forma de arco flexible, que al calentarse volvería a su posición natural. De esta forma, las mayores tensiones se generan en frío, que es cuando se fuerza la tubería a una posición más extendida, pero se reducen cuando el sistema se calienta al iniciar su funcionamiento.  

DISEÑO Y ANÁLISIS DE UNA CONEXIÓN FLEXIBLE EN RANGO CREEP

Propuesta inicial

Análisis FEA conexión flexible de tubería propuesta alternativa

Propuesta alternativa

DISEÑO Y ANÁLISIS DE UNA CONEXIÓN FLEXIBLE EN RANGO CREEP

Diseño final

Normativa

Para llevar a cabo el diseño y la correspondiente validación, CADE tuvo en cuenta la normativa API-350 Ed.2015 sobre el cálculo de espesores en tuberías de refinerías (“Calculation of Heater-tube Thickness in Petroleum Refineries”).

Además, esta norma se complementó con lo indicado en ASME API 579-1/ASME FFS ed. 2016 Part 10, para la valoración de componentes trabajando en rango creep (“Assessment of Components” operating in The Creep Range«.)

 

Metodología

  • Análisis de tensiones
  • Análisis creep
  • Análisis de fatiga
  • Combinación Fatiga-Creep por Fitness For Service
  • Análisis de estabilidad (prevención de pandeos)

Experiencia

CADE suministra servicios avanzados de ingeniería, simulación por elementos finitos y consultoría para el diseño y validación de equipos, sistemas de tuberías y/o estructuras especiales.

Autor: Javier Martínez Carillo