Caldera Caim 2010 - Pico - Godoy - Arrien

OPTIMIZACIÓN EN EL DISEÑO DE OPTIMIZACIÓN EN EL DISEÑO DE RECIPIENTES A PRESIÓN DE TAPAS RECIPIENTES A PRESIÓN DE TAPAS

PLANASPLANASMEDIANTE LA UTILIZACIÓN DE REFUERZOSMEDIANTE LA UTILIZACIÓN DE REFUERZOS

María Laura GodoyMaría Laura Godoy

Luis María ArrienLuis María Arrien

Leonel Osvaldo PicoLeonel Osvaldo Pico

Área Estructuras – Departamento de Ingeniería CivilÁrea Estructuras – Departamento de Ingeniería Civil

Área Mecánica – Departamento de Ingeniería ElectromecánicaÁrea Mecánica – Departamento de Ingeniería Electromecánica

Facultad de IngenieríaFacultad de Ingeniería

Universidad Nacional del Centro de la Provincia de Universidad Nacional del Centro de la Provincia de Buenos AiresBuenos Aires

II CAIM 2010Segundo Congreso Argentino de Ingeniería

MecánicaSan Juan - Noviembre 2010

ObjetivosObjetivos

Realizar verificaciones y aportes al diseño, en lo referente a soluciones constructivas en la fabricación de recipientes a presión, basándose en los estados tensionales generados.

En particular, se analiza el comportamiento mecánico de una caldera de casco cilíndrico y tapas planas con refuerzos interiores que vinculan el casco con sus tapas, contemplando la optimización de los anclajes en cuanto a dimensiones, ubicación y cantidad de los mismos.

II CAIM 2010San Juan - Noviembre 2010

Tensiones y desplazamientos

mayores a los admisibles

IntroducciónIntroducción

Planas, toriesféricas, semielípticas, semiesféricas,

cónicas,toricónicas, abombadas, etc.

INCLUSIÓN DE INCLUSIÓN DE RIGIDIZADORERIGIDIZADORE

SS

Soluciones constructivas

RECIPIENTES SOMETIDOS A PRESIÓN RECIPIENTES SOMETIDOS A PRESIÓN INTERNAINTERNA

TIPOS DE TIPOS DE TAPASTAPAS

PLANASPLANAS

Alternativa sencilla

y económica


DescripciónDescripción

Trabajo: Trabajo: 1kg/cm1kg/cm22

Diseño y prueba: 4 Diseño y prueba: 4 kg/cmkg/cm22

PRESIÓPRESIÓNN

100 100 ºCºC

150 ºC (hogar)150 ºC (hogar)TEMPERATURATEMPERATURA

MATERIAL: ACERO SAE MATERIAL: ACERO SAE 10101010

ESTADOS DE ESTADOS DE CARGASCARGASHAZ DE TUBOS


Modelo 1Modelo 1 → 8 riostras p= 1 kg/cm2 y temperatura





Modelo 6Modelo 6 → sin riostras p= 1 kg/cm2 y temperatura

Modelos analizadosModelos analizadosII CAIM 2010

San Juan - Noviembre 2010

MODELIZACIÓN ESTRUCTURALMODELIZACIÓN ESTRUCTURAL

GeometríaGeometría AccionesAccionesCondicioneCondicioness

de bordede borde

Material Material constitutivoconstitutivo

Definición del Definición del malladomallado

Tipo de elementoTipo de elemento

Tipo de análisisTipo de análisis

Hipótesis Hipótesis simplificativassimplificativas

Modelo computacionalModelo computacionalII CAIM 2010


MEFMEF



Haz de Haz de tubostubos

HogarHogar

RiostrasRiostrasChimeneaChimenea

TIPO DE ELEMENTOTIPO DE ELEMENTOElemento tipo plate rectangular de cuatro nodos y modelo material isotrópico

CONDICIÓN DE SUSTENTACIÓNCONDICIÓN DE SUSTENTACIÓNApoyado sobre el suelo

ESTADO DE CARGAESTADO DE CARGAPresión interna + temperatura

MATERIALMATERIAL

Acero SAE 1010

adm= 1,2 x 108N/m2

E= 2,05 x 1011 N/m2

= 7870 kg/m3

= 0,29

= 1,22 X 10-5 1/ºC

Material refractario

E=3 x 1010 N/m2

= 801 kg/m3

= 0,1

= 7 X 10-6 1/ºC

MALLADOMALLADO



Desplazamientos en la tapaDesplazamientos en la tapaModelo 1Modelo 1 (8 riostras)(8 riostras)

Resultados obtenidosResultados obtenidosII CAIM 2010


Desplazamientos en la tapaDesplazamientos en la tapaModelo 6Modelo 6 (sin riostras)(sin riostras)





MáximaMáxima

Tensiones en la tapa - Modelo 6Tensiones en la tapa - Modelo 6



MODELOMODELOCantidad Cantidad

de de riostrasriostras

Estado de cargaEstado de cargaP+TP+T

Tensiones Tensiones máximas en la máximas en la tapa [x 10tapa [x 108 8 Pa]Pa]

Desplazamientos Desplazamientos máximos en la máximos en la

tapa [mm]tapa [mm]

11 88 1 x 101 x 1055 Pa + T Pa + T 1,161,16 0,70,7

22 88 4 x 104 x 1055 Pa + T Pa + T 1,691,69 2,02,0

33 44 1 x 101 x 1055 Pa + T Pa + T 2,092,09 1,61,6

44 66 1 x 101 x 1055 Pa + T Pa + T 1,211,21 1,31,3

55 66 4 x 104 x 1055 Pa + T Pa + T 1,851,85 3,53,5

66 Sin riostrasSin riostras 1 x 101 x 1055 Pa + T Pa + T 2,592,59 2,42,4

Tensiones y desplazamientos máximos en la Tensiones y desplazamientos máximos en la tapatapa



Los recipientes con tapas planas requieren el empleo de refuerzos para lograr la redistribución de las tensiones.

Obviamente, el empleo de refuerzos o arriostramientos disminuyen los desplazamientos en la tapa.

La disposición de 8 riostras presenta una mejor redistribución tensional y desplazamientos menores.

Es posible adoptar un modelo simplificado sin orificios de conexiones, dado que la mayor concentración de tensiones se produce en los encuentros entre los refuerzos y la tapa plana y entre ésta y la chimenea.

Análisis de resultadosAnálisis de resultadosII CAIM 2010


Importancia de los métodos numéricos para el análisis del comportamiento tenso-deformacional de recipientes a presión.

La utilización de esta metodología de análisis representa una adecuada herramienta que permite la optimización del diseño de una manera rápida y eficaz.

Como resultado de este análisis fue posible comparar diferentes tipologías de recipientes, que condujeron a la adopción de soluciones constructivas adecuadas, como ser la incorporación de riostras, variando su número y distribución.

ConclusionesConclusionesII CAIM 2010


¡GRACIAS POR ¡GRACIAS POR

VUESTRA VUESTRA

ATENCIÓN!ATENCIÓN!

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