AutoPIPE puede aplicar hasta 10 cargas Armónicas en un cálculo. Estas cargas pueden ser:
El movimiento armónico es un movimiento circular que se acelera y frena gradualmente. Este tipo de movimiento es característico de los fenómenos naturales. Se expresa matemáticamente como una función sinusoidal, que consiste en dos partes: amplitud y frecuencia circular.
Las fuerzas armónicas que generan ese movimiento pueden ser:
AutoPIPE permite definir no sólo la onda sinusoidal principal, sino definir los armónicos en cada punto de aplicación para definir la verdadera forma de aplicación de la función. Este es un caso típico de las fuerzas causadas por compresores alternativos, en los que los rebotes de las ondas crean formas complejas.
A la derecha podemos observar dos modelos. El primero es de AutoPIPE y corresponde a la aspiración de un compresor. La imagen inferior es el mismo modelo que ha sido importado en PULS y al que se han introducido los datos del fluido y el compresor para el análisis acústico y para realizar el cálculo de las fuerzas armónicas.
En la primera de estas imágenes se ve la onda principal generada en una de las tuberías de aspiración del compresor. La segunda imagen es el primer armónico de esta onda y la tercera imagen es la onda compuesta final que será aplicada por el AutoPIPE en el Análisis Armómico.
El PULS es un programa de Bentley Systems para el análisis acústico de sistemas de tuberías. El AutoPIPE y el PULS tienen una interfase bidireccional. Los modelos creados en AutoPIPE pueden ser leídos por PULS para introducir los datos del fluido y las fuentes de pulsaciones. Una vez calculadas las fuerzas armónicas, estas se graban en un fichero que es leído por el AutoPIPE. Los números de los nodos se mantienen en el PULS, por lo que las fuerzas se muestran en los nodos correctos automáticamente.
Al realizar estudios con cargas armónicas es muy importante que la rigidez de los soportes sea la correcta. Y los resultados serán más reales si incluimos la estrctutura de soporte y la masa de todo el sistema.
Un sistema de tratamiento de gases de una central de generación de electricidad presentaba fuertes vibraciones. El sistema de tuberías fue modelado en AutoPIPE y la estructura en STAAD.Pro.
Al realizar el análisis modal se observaron varias frecuencias naturales del sistema combinado cercanas a la frecuencia del motor. El motor del generador era una unidad de unos 40 MW y una frecuencia de pulsaciones de gases de escape de 10.91 Hz
El modelo de tuberías se exportó a PULS y al modelar los cilindros del motor como cilindros de un compresor manteniendo el caudal total de los gases de escape y las condiciones de salida de estos del motor.
El sistema de tuberías hacia el SCR (Selective Catalytic Reduction) consta de tuberías DN2000 (80") a temperaturas cercanas a los 500ºC, por lo que cuenta con juntas de expansión para compensar la dilatación térmica de la tubería.
En PULS se han calculado las cargas en los tramos rectos y se ha guardado el fichero de cargas armónicas para AutoPIPE.
Ubicación de las fuerzas armónicas en AutoPIPE. Se ha combinado el modelo de tuberías con el de STAAD.Pro para tener la flexibilidad real y se han modelado las flexibilidades de las conexiones al sistema principal.
El sistema combinado estructuras-tuberías tiene varios modos naturales de vibración entre los 10 y los 11.5 Hz, que coinciden con la excitación de las fuerzas harmónicas y producen fuertes vibraciones. Se aprecia como se curvan los pilares en la conexión con la plataforma de servicio.
Sistema corregido. Se ha reforzado la estructura del SCR y se ha arriostrado la plataforma de servicio. Adicionalmente se ha aumentado la masa en la plataforma superior, colocando una placa de hormigón de 300 mm de espesor y un peso adicional de 28 toneladas.
Como resultado de estas modificaciones las vibraciones se redujeron a 1/20 de las vibraciones originales y el sistema se pudo poner en funcionamiento de manera segura. Este proyecto es un ejemplo de la colaboración entre tres programas de Bentley: AutoPIPE, STAAD y PULS.