OBSERVATION

En este análisis se consideraron las cargas ejercidas por la acción del viento, para la cual se obtuvo la fuerza equivalente que este ejerce sobre tuberías del sistema. También se tomaron en cuenta el propio peso de la tubería y la presión interna.

 Para el caso de viento, se tomaron en cuenta los efectos de huracanes, ya que Coatzacoalcos se encuentra cerca del golfo de México. Se consideró una velocidad máxima de 160km/h, valor obtenido del mapa de velocidades regionales con periodo de retorno de 50 años, figura 1.3. [1.2].

Puntos críticos

En las figuras 4.25 a 4.26, se muestran los informes del valor más crítico del esfuerzo cortante máximo y del desplazamiento, al momento de que el sistema se ve afectado por cargas de viento con la velocidad mencionada anteriormente. En estos informes se puede observar lo siguiente: Elemento Esfuerzo Si (kPa) Esfuerzo permisible SA (kPa) Desplazamiento 4 -VA-501-T1A-021 Línea _{61900 183000 0.006893}

Tabla 5. 3 Esfuerzo cortante máximo y del desplazamiento por viento.

Esfuerzos.

 En la tabla podemos observar que los esfuerzos están por debajo del valor del esfuerzo permisible, tabla 5.3 De acuerdo al código ASME B31.3, esto indica que los niveles de esfuerzos a los que estará sometido el sistema de tuberías no ocasionaran fallas.

 Espe ífi a e te se o se va ue el esfue zo ás íti o se ge e a e la lí ea -VA- 501-T1A-021 con un valor de 61900 kPa. Esto debido a que en ese punto es donde impacta directamente las fuerzas del viento. Esto ocasiona deformaciones mayores que en el resto del sistema pero sin llegar a ser preocupantes, figura 4.32. Por lo que el objetivo es comprobar la integridad del tramo antes de ponerlo en servicio. Evitando problemas futuros.

Desplazamiento

 El desplazamiento mayor se muestra en la figura 4.33. Esto es provocado por las cargas de viento en la condición más crítica. Este punto se encuentra ubicado en la línea -VA-501-T1A-024 sobre el eje Z, con un valor de 0.006893 mm. Asimismo se observa que en el resto de la línea son muchos menores, tabla 5.3.

Esfuerzos obtenidos en la conexión ramal – boquilla

La tabla muestran los valores de esfuerzos obtenidos en los anclajes de los equipos.

Elemento Esfuerzo Si (kPa) Esfuerzo permisible SA (kPa) Confiable 6 -VA-501-T1A-026 Anclaje _{25200 183000 si} 18 -VA-501-T1A-025 Anclaje _{52300 183000 si} 4 -VA-501-T1A-024 Anclaje _{24300 183000 si} 6 -VA-501-T1A-023 Anclaje _{25200 183000 si} 6 -VA-501-T1A-022 Anclaje _{25100 183000 si} 4 -VA-501-T1A-021 Anclaje _{24200 183000 si} 4 -VA-501-T1A-020 Anclaje _{33900 183000 si}

Tabla 5. 4 Esfuerzos en los anclajes

Como se aprecia en la tabla de arriba, los resultados obtenidos en las pruebas de viento son valores que están por debajo de los esfuerzos permisibles del material. Esto debido a que, considerando que el viento afecta periódicamente a la estructura y que los soportes tienen la función de sostener al sistema de tuberías.

En las figuras 4.34-4.40 se muestran los informes de los esfuerzos en los anclajes del sistema de tuberías al momento del impacto por cargas de viento con una velocidad de 160km/hr. En estos informes se puede observar que:

Esfuerzos en los anclajes

En primer lugar se corrobora que los puntos de apoyo de la tubería no tienen desplazamiento en el eje Y. En este caso, en los puntos de apoyo no existe una relación vertical, de forma que no existe un levantamiento.

Para comprobar el funcionamiento se debe de analizar si todas las cargas sobre las conexiones de los anclajes del sistema de tuberías están por debajo de los esfuerzos admisibles, tabla 5.4.

 Para el caso del análisis de los esfuerzos en loa anclajes, se tiene que los esfuerzos obtenidos se encuentran debajo de los esfuerzos permisibles, este valor es seguro según la normatividad ASME B31.3, tabla 5.4.

 Se observa que la mayor concentración de esfuerzos se da en la conexión de la línea -VA-501-T1A-025, figura 4. 35, siendo de 52.3 KPa. menor que el valor del esfuerzo permisible.Por lo que, se deberá hacer una auditoría de la zona afectada con el fin de reforzarla y disminuir las posibilidades de fallar.

REFERENCIAS.

[4.1]. . c , D.F.: comisión federal de electricidad, 2008.

[4.2]. . México: comisión federal de electricidad :, 1993.

[4.1]. Nakasone, Y., T. A. Stolarski, and S. Yoshimoto. Engineering analysis with ANSYS software. Oxford: Butterworth-Heinemann, 2006.

[4.2]. Huebner, Kenneth H., and Earl A. Thornton. The finite element method for engineers. 2nd ed. New York: Wiley, 1982.

[4.3]. Smith, Paul R., and Thomas J. Laan. Piping and pipe support systems: design and engineering. New York: McGraw-Hill, 1987.

[4.4]. Nayyar, Mohinder L.. Piping handbook. 6th ed. New York: McGraw-Hill, 1992.

[4.5]. Antaki, G. A.. Piping and pipeline engineering: design, construction, maintenance, integrity, and repair. New York: Marcel Dekker, 2003.

[4.6]. Paz, Mario. International handbook of earthquake engineering: codes, programs, and examples. New York: Chapman & Hall, 1994.

CONCLUSIONES

En el presente trabajo se estudió el comportamiento mecánico de una línea de vapor, que está conformada por un cabezal principal donde se encuentran conectados sietes ramales. Se analizó el sistema cuando existe presencia de esfuerzos generados por cargas sísmicas y de viento, suponiendo un sismo de mediana-fuerte intensidad y con velocidades de viento de 160 km/hr. Debido la complejidad del caso de estudio y de la laboriosa construcción del modelo a analizar, ha resultado de gran ayuda apoyarse en el método del elemento finito mediante el programa ANSYS. Por este motivo con la ayuda de programas de método de elemento finito, se puede obtener los resultados que deseamos de acuerdo a la región o puntos dados, debido a que resuelto el sistema, podemos obtener las listas o bien los gráficos que permiten tener una mejor visualización y comprender de mayor manera el problema que se analiza. Por lo que, el método de elemento finito resulto ser una herramienta imprescindible para resolver el caso de estudio.

Del análisis por sismo podemos concluir lo siguiente.

 Del análisis modal se observó que los puntos críticos de desplazamiento son aquellos que tienen una mayor separación de soportes.

 Del análisis espectral, se confirmó que la unión entre los codos y la tubería se presentan concentraciones de esfuerzos..

 Los esfuerzos y los desplazamientos obtenidos en el análisis modal y de espectro de respuesta están dentro de los límites del esfuerzo admisible, garantizando la integridad del sistema cuando ocurra un sismo de mediana-fuerte intensidad.

Del análisis por viento

 Se afirmó que los sistemas de tuberías que se encuentran instalados en los exteriores están mayormente propenso a los efectos de cargas de viento y que estas cargas se distribuyen uniformemente, además actúan a lo largo de toda longitud o en la porción de la tubería, provocando presiones que hace que en la tubería ocurra un desplazamiento, esto de acuerdo a la dirección del viento.  De los resultados del análisis de viento, se confirmó que los tramos de tubería con

mayor distancia y los que están en las dirección con respecto al eje z, son los que fueron más afectados, principalmente porque tiene mayor área de impacto por las presiones del viento, además que los soportes son apoyos simples de manera que no restringen el movimiento en ninguna dirección.

 Los esfuerzos en los anclajes, así como los esfuerzos cortantes máximos en el análisis por viento, están dentro de los límites del esfuerzo admisible. Con lo que se garantiza la integridad del sistema cuando ocurra este fenómeno climático.

Por último se concluye, que la planta está en condiciones de soportar un sismo de intensidad media alta y que además es capaz de soportas velocidades de viento máximas de 160 km/h. Esto, considerando que tanto los sismos y los vientos no actúan al mismo tiempo.

RECOMENDACIONES PARA TRABAJOS FUTUROS.

De los resultados obtenidos es indispensable continuar con la investigación sobre los efectos que se producen en los sistemas de tuberías cuando se presentan cargas generadas por sismo y viento.

Por lo que se recomienda que en trabajos futuros se realicen las siguientes investigaciones.

 Como prevención a largo plazo, sería de gran utilidad realizar un análisis de fatiga, ya que es muy probable que el sistema de tuberías sea afectado en más de una ocasión por terremotos o huracanes.

 Desarrollar esta investigación de manera analítica.

 Desarrollar esta investigación a tuberías con materiales frágiles.

 Realizar análisis para zonas geográficas de mayor intensidad de aceleración sísmica.

 Realizar un análisis que considera la interacción fluido estructural ante eventos de sismo y viento.

 Analizar y evaluar los esfuerzos que las tuberías imponen en las boquillas de los equipos de proceso. Esto para garantizar su integridad mecánica.