Paulin Elementos Finitos para Tuberías

FE107

FE107 es un programa de análisis de tensiones para conexiones entre tuberías y recipientes a presión, realizando dicho análisis con tecnología de elemento finito.

FE107 es el remplazo natural del WRC 107 como herramienta de cálculo que puede ser aplicada cuando las correlaciones o asunciones de WRC 107 o WRC 297 se ven limitadas.

 

Este programa dispone de la opción directamente de comparar su output con los resultados tanto de WRC 107 como WRC 297. Los usuarios podrán disponer rápidamente de resultados consistentes y conservadores de los métodos de elementos finitos para una gran variedad de geometrías y parámetros.

Los usuarios de FE107 ya no tendrán que preocuparse de los límites de aplicación de su programa. Si la carga de estrés está en la conexión, no hay problema. Si la carga de estrés se encuentra en el borde de un pad de refuerzo de conexiones descentradas, no hay problema. FE107 tiene la capacidad de construir y analizar estos modelos rápida y eficazmente.

Para el FE107 no suponen ningún problema las uniones en cono, fondos toriesféricos y proximidades a knuckles /nudillos. Los usuarios pueden elegir desde el menú de geometrías cualquiera de estas formas.

Los valores admisibles según ASME Sección VIII 2 se imprimen junto con los valores de flexibilidad y cargas admisibles para fuerzas, momentos y presión.

Ramal o Boquilla

  • Sin refuerzo
  • Con pad de refuerzo
  • Autorreforzados

Cabezal o Recipiente

  • Fondo cónico
  • Carcasa cilíndrica
  • Fondo elíptico
  • Fondo plano
  • Bridado y plano
  • Fondo hemisférico

¿Todavía usa WRC 107 y WRC 297 para sus diseños?

WRC 107 y WRC 297 son recursos aceptables siempre que los usuarios sean conscientes de sus grandes limitaciones. Cuando se usan tensiones admisibles mayores, el ingeniero consta con menor margen de error. Puede que en el pasado fuera aceptable cometer dos o más errores de cálculo, pero hoy día los resultados deben cumplir con mayores niveles de precisión, algo posible solo mediante elementos finitos. WRC 107 está basado en el  tratamiento de forma analítica de cargas puntuales y cargas superficiales en forma rectangular en cilindros. En WRC 297 se intentó introducir las aberturas y espesor de las toberas, lo que resultó en resultados demasiado conservadores.

Generalmente, las comparaciones de WRC 107 con FEA son razonables cuando se cumple a la vez que:

1. Se analizan carcasas delgadas

2. El modelo está dentro de los parámetros aceptables de WRC 107

3. La mayor tensión se localiza en la carcasa

4. No hay cargas en el vano

5. La presión no es significativa.

Por otro lado, las comparaciones de WRC 297 en el recipiente o el fondo/cabezal son también razonables, pero tienden a ser demasiado conservadoras cuando la sobretensión se desplaza al ramal o la tobera, algo habitual cuando el ratio t/T es menor que 1.0 o cuando se usa un pad de refuerzo en la intersección.

WRC 107 puede ser menos conservador que FEA, pero sólo por encima de d/D=0.8, que es cuando ambas curvas se cruzan y pasa a ser más conservador. A partir de allí lo que se usa es el último valor de la curva, pero es ya donde este método no debe aplicarse.

Tanto WRC 107 como WRC297 tienen limitaciones conocidas en cuanto a parámetros y geometrías. Por ejemplo, un análisis cilindro-cilindro en WRC 107 no calcula estrés en la conexión. Cuando t/T<1, o cuando un repad se coloca en la intersección, el mayor estrés se sitúa en la conexión y se pierde en un análisis con WRC 107. FE107 puede ser usado para todos los rangos de parámetros, incluyendo conexiones laterales, descentradas, autorreforzadas y con pads de refuerzo.

Las áreas en las que WRC 107 y WRC 297 son consideradas débiles, o en las que se justifica un cálculo con FEA son:

  • d / D > 0.5
  • t / T < 1
  • ( d / D ) (D / T ) 0.5  < 2
  • Conexión con pad de refuerzo
  • Descentrados o Laterales
  • Las reglas de sustitución de área por presión apenas son satisfechas y  existe un gran D / T
  • El número de ciclos térmicos o de presión es superior a 5000
  • Las condiciones de diseño y operación son aproximadamente la misma y el estrés calculado está dentro del 85% del admisible
  • La tubería adjunta a la conexión es larga, flexible y de alguna manera no restringida.