Análisis de esfuerzos en una línea de asfalto en una refinería de petróleo

Abstract

El análisis de esfuerzos permite calcular el esfuerzo en un sistema de tubería sujeto a cargas de operación permanentes tales como presión, peso, y expansión térmica, y cargas ocasionales tales como viento, sismo, y golpe de ariete. Debido a que todos los sistemas de tuberías están conectados a equipos tales como recipientes, tanques, bombas, turbinas, y compresores, el análisis de esfuerzos de las tuberías también involucra la evaluación de los efectos de las fuerzas y momentos de las tuberías en el equipo conectado. Como los esfuerzos en las tuberías son controlados por la disposición de los soportes y restricciones, el alcance del análisis de esfuerzos en las tuberías también incluye a los soportes de las tuberías. Antes de que exista la computadora, el análisis de los esfuerzos en tuberías fue practicado por ingenieros altamente especializados. Solo grandes corporaciones y compañías especializadas tenían personal para desarrollar este trabajo. Los ingenieros veían en planta lazos de expansión, desplazamientos y soportes especiales tales como colgadores con resortes (spring hangers) y soportes de esfuerzo constante, pero realmente no sabían por qué estos estaban allí. El alcance restringido del análisis de esfuerzos de tuberías contemplaba solo la flexibilidad de la tubería para absorber la expansión térmica y fue llamado análisis de flexibilidad de tuberías. Con el rápido avance de los softwares, un análisis de flexibilidad actualmente toma solo algunos minuto s utilizando el software apropiado una vez culminado el modelamiento. Por lo tanto, la tarea del ingeniero mecánico de esfuerzos ha sido cambiada del tradicional cálculo de esfuerzos a ingeniería de esfuerzos. El énfasis no está en cómo calcular los esfuerzos, sino en cómo utilizar la herramienta de análisis para obtener el mejor trazado. Sin embargo, debido a que es fácil conseguir los esfuerzos calculados, los ingenieros frecuentemente dependen mucho de la computadora y no consideran los fundamentos y el sentido común de ingeniería. Sin los fundamentos y el sentido común, uno no podría estar atento a resultados irrazonables producidos por la computadora, y contradecir las buenas prácticas de ingeniería. El presente informe es un resumen de un análisis de esfuerzos de un sistema de tuberías en operación dentro de las instalaciones de una Refinería de Petróleo. En el capítulo 1 se da un panorama general con la finalidad de ubicar el Análisis de Esfuerzos dentro del proceso de diseño de un Sistema de Tuberías. Una vez centrados en el tema, se presentan los objetivos y el alcance del presente análisis. Un resumen de los fundamentos teóricos en los que se basa el Análisis de Esfuerzos en Tuberías es desarrollado en el Capítulo 2. Se describen los tipos de cargas normalmente encontradas y los esfuerzos que producen en las tuberías, clasificándolos según su influencia en la resistencia del sistema. Adicionalmente se brindan nociones generales para mejorar la flexibilidad de los sistemas, así como los parámetros de cálculo según normas internacionales y buenas prácticas de ingeniería. Para una mejor visualización del análisis desarrollado y solo con la finalidad de mostrar la complejidad del cálculo, se ha incluido un ejemplo de cálculo manual de sistemas sencillos de tuberías, culminando con una descripción del cálculo con softwares especializados. Finalmente se ha incluido las nociones tomadas en cuenta para el cálculo de la resistencia en las boquillas de los intercambiadores a los cuales empalma el sistema de tuberías analizado. Los códigos que rigen el análisis, así como el alcance, consideraciones y descripción de las cargas aplicadas al sistema de tuberías son descritos en el Capítulo 3. De los códigos aplicables son tomados los valores permisibles para ser comparados con los esfuerzos obtenidos en los cálculos. El alcance limita el análisis y detalla las condiciones en las que este ha sido elaborado. Se ha realizado el análisis de la operación actual y modificada del sistema. La operación actual es evaluada en forma general en el Capítulo 4. La evaluación del sistema con la nueva operación (nuevos parámetros) es descrita de forma general en el Capítulo 5. La evaluación del sistema modificado y con los nuevos parámetros de operación es detallada en el Capítulo 6.