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Home Foros Piping Industrial Análisis Dinámico. Visión General Tema 8: Armónicos – Ejercicio Responder a: Tema 8: Armónicos – Ejercicio

  • Formación Industrial

    Administrador
    9 de enero de 2021 a las 11:40

    Hola Daniel,

    Te contesto a tus cuestiones sobre armónicos,

    En el ejercicio práctico se indica que la frecuencia de agitación acústica, esta es sinónimo de la frecuencia de análisis armónico que aplica al cálculo de tuberías, por preguntarlo de una manera menos técnica, el ruido que genera el equipo nos aporta las características del flujo que puede darnos una resonancia del sistema??

    Es un error común esta apreciación por la traducción angosajona del término que hemos adoptado al castellano. La definición de acústica no se refiere al ruido del equipo. El término de agitación acústica (por sus siglas en inglés Acoustic Induced Vibration (AIV). Se atribuye a las cargas desbalanceadas que provocan los dispositivos que aumentan o reducen la presión (como es el caso de un compresor de gas natural)

    Cuando estas agitaciones son excesivas, pueden provocar la falla por fatiga o la rotura de uniones bridadas o soldadas (como son derivaciones o injertos) de ahí que tenga sentido su estudio en sistemas conectados a compresores recíprocos, válvulas de seguridad, etc.

    Por otro lado, en el supuesto de que el proveedor no nos aporte datos sobre la agitación, como podemos sacar los datos?? Hay alguna formula para poder obtenerlos (en base a potencia absorbida por el motor, frecuencia de trabajo, etc)?? Es un dato que suelen aportar los proveedores?? Que hay que pedirles la frecuencia de trabajo del equipo o la frecuencia acústica??

    Podemos medir ese tipo de agitaciones con un vibrómetro. Son equipos que pueden alquilarse o comprarse directamente y nos permiten medir las vibraciones. Si estás pensando en hacerlo por tu cuenta te aconsejo contratar un tercero para ésta labor ya que es algo tremendamente específico y difícil de utilizar.

    Por desgracia no existe ninguna fórmula simple (sin que incluya espectros, funciones, derivadas parciales…) que permita averiguar la agitación acústica en base a parámetros del equipo.

    Normalmente los proveedores suelen suministrarlo. Ten en cuenta que la agitación acústica se da en cualquier dispositivo que aumente o reduzca la presión. Es decir, también puede darse en válvulas de seguridad, dispositivos que se ensayan en el taller del proveedor para analizar su comportamiento y vibraciones. Por tanto suelen tener este dato tabulado (aunque te costará conseguirlo si no formalizas la orden de compra…ya sabes como va este mundillo)

    En cuanto a la definición de las cargas, porque se han considerado en los puntos A5 y A81, entiendo que esta situación aplica al sistema al completo (puede vibrar en cualquier punto)?? Como sabemos cual es el punto más desfavorable para aplicar dichas cargas de armónicos??

    En este caso elegimos estos puntos por ser puntos con “presión desbalanceada”. Este concepto es importante ya que indica que entre dos puntos puede existir una descompensación de presiones.

    En el ejemplo consideramos A5 por entender que existe una descompensación de presión entre el fondo de la botella y la boquilla de salida y el punto A81 por ser el punto intermedio en un tramo de largo recorrido con un punto inicial de inyección de presión. El compresor.

    Normalmente, cuando estudiemos sistemas así, un buen criterio es considerar los puntos intermedios entre la salida del equipo y un punto empotrado del sistema ya que serán los que más presión desbalanceada presenten.

    El ratio de amortiguamiento suele ser normal utilizar 0.02?? De donde podemos sacar este valor?? Nos lo tiene que dar el proveedor del equipo??

    El ratio de amortiguamiento depende del sistema de tuberías, por tanto dependerá de la geometría y soportación del sistema. Normalmente para todos los sistemas de tuberías se propone 0,02 o 0,05.

    La excepción puede encontrarse en sistemas de tuberías nucleares donde encontramos soportes específicos de amortiguación (suelen ser bastante caros) que nos obliga a calcular el amortiguamiento como un sistema estructural en sí, acudiendo a bibliografías como la “Alpha and Beta Damping Chopra, Dynamics of Structures, Third Edition, Sec. 11.4”

    Pero en el 90% de los sistemas suponer 0,02 será una buena aproximación

    El valor de numero de nodos máximos, nos propones poner 12, este valor es en base a algo en concreto o siempre hay que utilizar 12 para asegurarnos que están entrado todos??

    En este caso ha sido por hacer un ejemplo certero. 12 es un buen número para probar ( y es con el que me gusta probar a mi, manías de cada estresista). Si no alcanzamos la frecuencia de cut-off, aumentamos el número de nodos. Sería un proceso iterativo.

    Los valores de la tabla que se corresponden con las 276 rpm y 280 rpm (tanto la frecuencia, ángulo de fase, cargas en las tres componentes) como las has determinado??

    Son valores supuestos que debe facilitarnos el fabricante. Ten en cuenta que hablamos de las vibraciones de su equipo a una determinada velocidad por tanto debe conocer las cargas que aplica en sus tubuladuras.

    Para el análisis de armónicos nos indicas que en la pestaña modal pongamos “None” tanto para el hot modulus case como el pressure stiffening, en el supuesto de que en el análisis de tuberías tengamos caso de armónicos como de respuesta de espectro (porque hemos metido un sismo por ejemplo) como afecta esto al cálculo (según la documentación para la parte de espectro de respuesta hay que indicar la presión y temperatura de operación normal del sistema para el estudio de dicho espectro)?? Que habría que hacerlo en dos partes??

    Ten en cuenta que las combinaciones de cargas hay que hacerlas según los códigos. Es decir no pdemos combinar todas las cargas a la vez ya que estaríamos sobredimensionando el sistema.

    En el caso de las vibraciones, la mayor parte de los códigos la consideran como una carga primaria (ya que entendemos que se mantiene durante toda la operación) por tanto la forma de evaluarla es sin temperatura. De ahí que al resolver nos de la opción de mostrarnos “Sus. +H1”

    En cuanto al pressure stiffening case lo ponemos a cero para considerar el caso más desfavorable, ya que al ser 0 no se consideran rigideces adicionales a causa de la presión del sistema. Es la mejor opción.

    Entonces como conclusión y a raíz del resultado, la frecuencia armónica generada en el punto A5 da como resultado una sobrecarga en el nodo A7 de ratio 0.25. En el caso de que no cumpliéramos código para este caso, una posible solución seria buscar un soportado mas correcto, ahora este entiendo que no es rigidizar el sistema ya que eso implicaría solicitar aun más, como lo platearías??

    En el caso de las vibraciones si pueden restringirse en cierta medida. Podemos probar a colocar un damper en ese punto o un soporte tipo abrazadera que conecte la tubería al suelo y mitigue esta vibración si nos saliéramos del código.

    Otra opción sería probar con otro ruteado alejando la derivación de la boquilla del equipo…aquí la pericia del estresista es la clave ya que no existe una única respuesta válida.

    Haciendo pruebas veo que el soporte que mejores resultados me da al aumentar valores en las cargas resultado de los armónicos son tipo damper, pero no acabo de ver como trabaja (veo que solo ayuda en casos en los que se tienen cargas de este tipo, armónicas/de espectro, prácticamente nada en los casos de operación)?? Como se especifican estos (valores típicos de rigidez)??

    Veo que has llegado a la conclusión apropiada. Los damper son amortiguadores como los que encontramos en los edificios de gran altura propensos a sismos.

    El damper absorbe la vibración de la tubería y mitiga la vibración. Aquí puedes ver algunos : https://www.google.com/search?q=damper+support+pipe&rlz=1C1CHBF_esES910ES910&sxsrf=ALeKk01KHTmnbAKcs9-pJdoiCwlvQLIGsQ:1610188241243&tbm=isch&source=iu&ictx=1&fir=p6tYCHvejX4IAM%252CZxOX7BxziypmpM%252C_&vet=1&usg=AI4_-kRaJp1z0FmEQiMVkrjELcEhn4vp5g&sa=X&ved=2ahUKEwit5I_R0o7uAhUMQEEAHZiABPoQ9QF6BAgKEAE#imgrc=p6tYCHvejX4IAM

    El motivo por el que ves que no trabajan en el resto de casos es porque Autopipe sólo los considera para los casos de sismo estático y casos dinámicos.

    Espero haberte ayudado con estas cuestiones Daniel! El mundo de los armónicos es muy complejo si queremos realizarlo de forma exacta y sólo se reserva para instalaciones nucleares u otras de gran riesgo y alto presupuesto.

    Para el resto podemos aproximar bien con los valores que hemos comentado y realizar un análisis del lado de la seguridad.

    Muchas gracias por utiizar el foro!!

    Un saludo!