El especialista en diseño de equipos a presión Ener Consulting logra resultados confiables utilizando Simcenter Femap

Producto: Femap, Simcenter
Industria: Maquinaria y Equipo Industrial

Ener Consulting automatizó el análisis por elementos finitos de recipientes a presión de conformidad con las normas europeas e internacionales

Verificación de diseños de equipos a presión

Ener Consulting – Integrated Technical Services (Ener Consulting), fundada en 2002 y con sede en Prato, Italia, ofrece consultoría de ingeniería a clientes industriales. La misión de la compañía es trabajar con dedicación, mantenerse al tanto de los desarrollos tecnológicos y proporcionar a los clientes resultados confiables. Uno de los servicios principales de Ener Consulting es la verificación de equipos a presión, intercambiadores, tuberías y recipientes en las industrias de petróleo y gas, energía y química. A lo largo de los años, el negocio se ha extendido gradualmente a otras industrias, incluidas las farmacéuticas, los alimentos, la pulpa y el papel, el procesamiento de residuos y muchas otras.

“El diseño de equipos a presión ha evolucionado con el tiempo para el tipo y la complejidad del análisis, lo que requiere habilidades de especialización y análisis de alto nivel”, dice Stefano Milani, gerente de modelado de elementos finitos (FEM) en Ener Consulting. “Hasta mediados de la década de 1990, el análisis de elementos finitos estaba regulado por estándares flexibles; sólo había unas pocas directrices sin procedimientos probados. Los clientes no tenían un amplio know-how, y sin procedimientos claros, prácticamente todas las verificaciones de los recipientes a presión se basaban en cálculos manuales”.

Análisis automatizado con Simcenter Femap

En la década de 2000, el sector de los recipientes a presión avanzó rápidamente con la introducción de estándares y herramientas tecnológicas para automatizar las tareas de análisis. En este contexto, Ener Consulting comenzó a colaborar con un siemens Digital Industries Software Solution Partner para las soluciones Simcenter 3D, Simcenter Femap y Nastran. Después de utilizar el software básico fea que no podía realizar análisis precisos y obtener resultados poco confiables, Ener Consulting identificó Simcenter™ Femap™ con el software Nastran® de Siemens Digital Industries Software como una solución adecuada para implementar servicios de ingeniería, análisis y diseño, y mantenerse al día con los requisitos de los mercados objetivo.

“Las herramientas FEA tradicionales que están integradas en el software CAD 3D son muy simples e intuitivas”, dice Milani, “pero tienen capacidades limitadas y son inadecuadas para ejecutar análisis precisos de conformidad con los estándares más estrictos o la verificación en profundidad. Simcenter Femap ofrece beneficios claros y tangibles en términos de velocidad, facilidad de uso y fiabilidad de los resultados”.

El análisis realizado por Ener Consulting parte de modelos 3D con geometrías relativamente complejas que son difíciles de abordar con el software FEA de propósito general. Con Simcenter Femap, los ingenieros de Ener Consulting pueden limpiar fácilmente la geometría, eliminando características innecesarias para fines de análisis (descoloración). Alternativamente, el equipo a analizar se puede modelar directamente en Simcenter Femap como malla.

Ener Consulting, desarrolló un módulo adicional para la linealización de tensión en Simcenter Femap. “Con este plug-in, los ingenieros solo necesitan un par de clics en la pantalla para obtener los resultados que están buscando”, dice Francesco Palloni.

“Los clientes finales en nuestros mercados de referencia necesitan verificar los productos con un método rápido y confiable”, dice Milani. “Simcenter Femap nos ayuda a ofrecer los resultados deseados siguiendo un enfoque tradicional o un método más moderno y avanzado”. Los beneficios del análisis no lineal

Para la verificación estructural de los recipientes a presión, un enfoque tradicional de diseño por análisis (categorización de tensión) a menudo resulta en un sobredimensionamiento de los componentes, porque el enfoque convencional de análisis estático lineal, aunque probado y fácil de aplicar, es conservador. Los ingenieros también deben considerar que el procedimiento de análisis lineal es articulado y requiere mucho tiempo cuando se aplica a la geometría compleja. Actualmente, las regulaciones de equipos a presión permiten la aplicación de métodos de análisis más precisos, incluido el uso de herramientas como Simcenter Femap con Nastran para cálculos no lineales.

“El estándar de calderas y recipientes a presión ASME, por ejemplo, permite verificar los recipientes a presión utilizando una ecuación consti-tutiva no lineal”, explica Milani. “Por un lado, obliga al analista a introducir una ecuación constitutiva más compleja en el modelo matemático; por otro requiere de una herramienta como Simcenter Femap con Nastran para resolver este tipo de análisis”, explica Milani.

“El enfoque no lineal de Simcenter Femap ofrece un rango de admisibilidad más amplio”, agrega Palloni. “Con la misma geometría y materiales, un componente puede ofrecer un rendimiento más alto que los previstos con el análisis lineal elástico. Otro beneficio se obtiene en la fase de postprocesamiento, que es más rápida e inmediata”.

La eficacia del enfoque no lineal Simcenter Femap se comprobó en el caso de un buque con un fondo plano de espesor variable. Cuando se analizó con un procedimiento de análisis lineal convencional, el componente no pasó la prueba elástica; sin embargo, demostró ser adecuado y conforme con las normas aplicables cuando se comprobó con un enfoque no lineal.

El enfoque lineal de la verificación de recipientes a presión está limitado por cargas de diseño significativas que, combinadas con métodos de análisis de tensión lineal, da como resultado el incumplimiento del diseño. En consecuencia, la geometría inicial debe modificarse o los valores de carga deben reducirse para ajustarse al rango admisible. El uso de Simcenter Femap con un enfoque de análisis no lineal requiere más potencia de cálculo que los cálculos lineales y una mayor atención al colapso del plástico, pero ofrece una verificación más inmediata de la integridad estructural del equipo a presión.