Análisis de carga sobre boquillas en estanques y recipientes a presión (según ASME VIII) por el método WRC 107 y por método FEM

Abstract

En Chile y en gran parte del mundo se utiliza el código ASME VIII, para el diseño, fabricación y montaje de recipientes a presión. Sin embargo, las reglas de montaje del piping, no suelen ser respetadas, provocando fallas en los equipos. Esto es de suma importancia en ingeniería ya que las empresas fabricantes son las responsables de entregar la memoria de cálculo correspondiente. En base a esto, el objetivo general de esta memoria consiste en calcular la capacidad de carga en las boquillas de recipientes a presión, debido a fuerzas externas. Para esto, se deben desarrollar dos procedimientos de análisis: El WRC 107 y una técnica FEM. Los cuales son aplicados en un caso base y en un conjunto de aplicaciones. De esta manera, poder realizar una comparación entre los resultados de ambos análisis. Para lograr los objetivos, se evalúan 3 tipos de cargas: Una carga radial (P), un momento circunferencial (Mc) y uno longtudinal (Ml). Se aplica la metodología del WRC 107 imponiendo la condicion del límite de fluencia del material. Mientras que el FEM (Ansys), consiste en encontrar el instante en donde comienza la deformación plástica, debido a la carga aplicada. De esta manera se puede determinar de forma directa la magnitud. El resultado del caso base, muestra una mayor capacidad de carga en la boquilla de 10 in con respecto a la de 6 in, en ambos análisis (WRC 107 y FEM). Sin embargo, la diferencia entre cada uno de ellos es aproximadamente de un 60 %. Esto se debe a que WRC 107 no considera todos los refuerzos cercanos a la boquilla que presenta el caso base real. Los resultados correspondientes al conjunto de estanques seleccionados, muestran una tendencia a disminuir la capacidad de carga de las boquillas, en función del aumento del parámetro D=T del recipiente. Tanto para el análisis del WRC 107 como para el FEM. Esto muestra que el manto se comporta cada vez más similar a una membrana, perdiendo rigidez. También, se aprecia una diferencia entre ambos métodos de al menos un 29 %. Sin embargo, para la carga ML en la boquilla de 10 in, se presenta una diferencia de solo un 8 %. Se concluye que realizar el análisis de capacidad de carga en un caso real, conlleva a muchas consideraciones que no estan incluidas en el WRC 107, afectando considerablemente los resultados (WRC 107 hasta un 60% más conservativo que FEM). Para los casos parametrizados en funcion de D=T del estanque, se reafirma que WRC 107 es conservativo. Sin embargo, solo para la carga radial y momento circunferencial. No así para el momento longitudinal. Finalmente se destaca la importancia de realizar una técnica FEM para obtener resultados confiables.