Cálculos para asegurar la resistencia de un termopozo  contra los caudales del medio

Los cálculos stress de termopozos para comprobar la resistencia a cargas estáticas y dinámicas son  cada vez más importantes. La adaptación de las vainas al proceso se realiza mediante cálculos basados en la normativa ASME PTC 19.3. Esta normativa es aplicable a velocidades de caudal hasta 95 m/s y establece las dimensiones mínimas para diámetros de raíz y de la punta de las vainas de temperatura.

  • Datos necesarios para el cálculo

Los datos necesarios de proceso para realizar el cálculo son: presión, temperatura, densidad y velocidad de caudal del medio de proceso.  Los datos del termopozo son: la longitud de inmersión, el diámetro de la raíz, de la punta y del taladro así como el material.

  • Resultados del ASME PTC 19.3

Los resultados del cálculo se dividen en resultados estáticos y dinámicos. La presión estática y la longitud de inmersión admisibles se calculan en función de la carga de pandeo inducida por la presión estática. De mayor interés son los valores de la frecuencia propia “fn” (natural frequency) y la frecuencia de excitación “fw” (wake frequency) que reflejan los resultados dinámicos del cálculo de stress.

Calle Torbellinos de Karman

Calle Torbellinos de Karman

  • Cálculo de las frecuencias

La frecuencia de excitación fw está determinada por la velocidad de flujo del medio. Los fundamentos físicos del flujo están establecidos por una serie de terminados factores definidos (calle de torbellinos de Karman).

Los factores variables para el cálculo de la frecuencia propia son la longitud de la vaina de temperatura, datos de los materiales en función de la temperatura y otros factores, definidos en la ASME PTC 19.3

  • Interpretación de los resultados de carga dinámica
    Cálculo de vaina (Stress calculation)Si la frecuencia de excitación “fw” llega a igualar la frecuencia propia “fn” la vaina entra en resonancia. Según PTC 19.3 la relación fw/fn no debe exceder el valor máximo de 0,8. Esta “distancia de seguridad” de 20 %, comparada con resonancia, previene un movimiento oscilatorio de la vaina y. por lo tanto, una rotura en el área de la raíz. Un sencillo diagrama con los resultados demuestra la relación directa entre inmersión L y la velocidad del flujo.
  • Procedimiento a seguir si los resultados no son suficientes
    La contramedida más eficaz consiste en la reducción de la longitud de inmersión de la vaina, por ejemplo reduciendo la vaina misma.
Vainas de temperatura

En la práctica, sin embargo, no se puede reducir la longitud y se debe reforzar la fijación mediante un anclaje adicional. Este anclaje reduce la longitud de la parte oscilante de tal manera que se puede descartar matemáticamente una rotura provocada por la oscilación de la vaina de temperatura . Si no se suministra la vaina con ancla incluida puede realizarse el acoplamiento in situ si el diámetro del ancla es aprox. 1 mm superior que el diámetro interior del picaje. Antes de la inserción se debe adaptar las dimensiones rebajando el  diámetro excedente.

Otra solución son vainas de temperatura con ancla de una pieza. Las superficies fresadas permiten mantener el flujo del medio también en la parte superior del ancla contribuyendo a una mejor transmisión de la temperatura.

Otra posibilidad, y la más obvia para aumentar la resistencia contra las vibraciones, sería reforzar el raíz y la punta. Sin embargo este método es poco habitual ya que la mejora resulta poco notable y provocaría un aumento del tiempo de respuesta.


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