Vibration, dynamics and noise

formerly BETA Machinery Analysis and SVT Engineering Consultants

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Enfoque integrado para gestionar los riesgos de vibraciones

Evite fácilmente los riesgos a la integridad que procedan de varias fuentes diferentes.

Las vibraciones son un factor significativo que contribuye a los problemas de integridad y confiabilidad. Por ejemplo, una falla en tuberías debida a vibraciones liberará gases o líquidos que pueden causar incendios o explosiones - un problema extremo de seguridad personal, una parada de la producción y un riesgo medioambiental de varios millones de dólares.

Muchas fuentes de vibración diferentes contribuyen a los riesgos de integridad, en los que se incluyen el flujo estacionario o transitorio de fluidos, pulsaciones, y excitaciones mecánicas.

Las compañías comprenden la importancia de mitigar las vibraciones y las fallas en las tuberías asociadas. Saben que conlleva una pequeña inversión inicial contratar ingenieros de diseño dinámico/de vibraciones para asegurar que los problemas dinámicos y de vibraciones se tengan en cuenta en la etapa de diseño. Este esfuerzo se ve recompensado rápidamente, especialmente si se compara con los costos que suponen una modificación in situ.

1 Enfoque de vibraciones integrado para gestionar los riesgos de vibraciones

Los riesgos de vibraciones afectan a diferentes áreas en una instalación de producción. Se necesita un enfoque integrado porque se requieren diferentes disciplinas de ingeniería para dar con la solución (ingenieros de estática/tuberías, ingenieros estructurales, ingenieros de equipos rotativos, equipos de integridad/confiabilidad y mantenimiento). La tabla a continuación es un resumen de este enfoque, con información más detallada en los siguientes párrafos.

ENFOQUE INTEGRADO PARA SOLUCIONAR LOS RIESGOS DE VIBRACIONES
ETAPA

requisitos de ingeniería (Problemas dinámicos y de vibraciones)

Planificación (Ingeniería básica ampliada - FEED)

Resumen de diseño dinámico/de vibraciones: identificar las áreas con riesgo más alto y definir los requisitos del análisis de ingeniería dinámica y de vibraciones.

Diseño detallado

Evaluación de vibraciones en compresores/bombas

Evaluar el trazado de las tuberías, control de pulsaciones, control de sobrepresiones, dinámicas del patín y mecánicas, esfuerzos laterales o torsionales, conexiones de diámetro pequeño y otros factores de vibraciones y/o esfuerzos. El alcance depende de las dimensiones y aplicaciones de la máquina.

Este trabajo se coordina con los integradores de paquetes de máquinas y el equipo de confiabilidad.

Evaluación de vibraciones en las tuberías.

Evaluar los riesgos de integridad en las tuberías principales y conexiones de diámetro pequeño debidos a las pulsaciones, vibraciones inducidas por el flujo, vibraciones inducidas acústicamente, transitorios o golpe de ariete, modos de carcasa y respuesta mecánica de las tuberías

Este trabajo se coordina con el ​ equipo de diseño estático/de tuberías.

Evaluación dinámica de la cimentación o estructural.
Evaluar, cuando se necesite, el diseño de la cimentación o de la estructura (por ejemplo, plataformas, unidades flotantes de producción, almacenamiento y descarga, rack de tuberías) e implementar cambios para evitar la resonancia. Este trabajo está estrechamente integrado con las dinámicas mecánicas y del patín (evaluación de las vibraciones en  compresores/bombas)

Este trabajo se coordina con el equipo estructural. ​ 

Operaciones y mantenimiento

Requisitos de vibraciones in situ

  • Evaluación de línea de base de las vibraciones (se incluyen las vibraciones de las tuberías y de la maquinaria)
  • Resolución de problemas de vibraciones
  • Programas de monitoreo
2 Planificación – resumen del diseño dinámico/de vibraciones

Durante la etapa de planificación (es decir, ingeniería básica ampliada o FEED) los propietarios o sus consultores de ingeniería contactan a BETA, consultor especializado en vibraciones, para que les proporcione recomendaciones sobre los requisitos relacionados con las vibraciones. Esto puede incluir la orientación de la maquinaria y el trazado inicial de módulos, asesoramiento sobre aplicaciones, alcance y requerimientos sobre vibraciones, cronograma y actividades del camino crítico y otras consideraciones de diseño iniciales. 

3 Diseño detallado

Evaluación de vibraciones en compresores/bombas. Cuando el proyecto continúa a la fase de diseño detallado, los compresores y bombas más grandes requerirán un análisis especializado de diseño de  vibraciones (pulsaciones, resonancia mecánica, análisis de sobrepresiones en compresores, golpe de ariete, etc.). El alcance del trabajo depende del tipo de máquina, del tamaño y de la aplicación. Las modificaciones que se recomiendan están coordinadas con el integrador de paquetes de soluciones y el consultor de ingeniería designados. La participación del consultor en las primeras etapas proporciona tiempo para finalizar el diseño de los acoplamientos, dimensionamiento de los recipientes de control de pulsaciones, componentes del control de sobrepresiones, diseño y ubicación de los soportes de las tuberías, diseño y dinámica del patín, u otras actividades críticas.

Evaluación de las vibraciones de las tuberías. El sistema de tuberías se enfrenta con muchos riesgos relacionados con las vibraciones – tanto en las tuberías principales como en las conexiones de diámetro pequeño. La evaluación dinámica o de vibraciones puede emplear la metodología propuesta en las directrices del Energy Institute (2008) para evaluar las fuentes de excitación incluidas las pulsaciones, resonancia mecánica, vibraciones inducidas acústicamente, vibraciones inducidas por el flujo, flujo turbulento, golpe de ariete, cavitación, etc. Las áreas de alto riesgo (alta probabilidad de falla) requieren estudios avanzados (o investigaciones), software y herramientas analíticas, y sólida experiencia de campo en las vibraciones de las tuberías para asegurar recomendaciones prácticas.

Evaluación dinámica de la cimentación o estructural. Se puede necesitar una evaluación dinámica de la cimentación o estructural, especialmente cuando se utilizan equipos de pistón, motores y otras cargas dinámicas. Estos estudios de ingeniería están coordinados de forma directa con el diseño dinámico/de vibraciones del conjunto compresor o de bombeo (evaluación de vibraciones en compresores/bombas, arriba).

Recomendamos utilizar el mismo consultor de vibraciones para  evaluaciones de los tres componentes de la vibración (bombas y compresores, tuberías y estructura/cimentación) principalmente, por dos razones:

  1. Para asegurar un enfoque de diseño y  recomendaciones coordinados, y
  2. Porque estos estudios comparten información clave respecto a las condiciones de contorno, fuerzas dinámicas, metodología de respuesta forzada y modelos de elementos finitos. 
Ejemplos en los que se utiliza un enfoque integrado para mitigar los riesgos de vibraciones en un sistema de tuberías, patines de bombas y compresores, cimentación costa afuera y costa adentro y soportes estructurales elevados.
4 Soporte de operaciones y de mantenimiento

Las instalaciones de producción no suelen tener ingenieros con experiencia para resolver problemas dinámicos complejos o de vibraciones. En estos casos, el equipo operacional pide la asistencia de un consultor de vibraciones, como BETA, para prestar soporte a estas actividades:

  • Evaluación de las vibraciones de línea de base. Con el uso de analizadores multicanal y otros equipos, se toman las medidas de vibraciones y esfuerzos en localizaciones clave para evaluar y mitigar los riesgos de integridad.
  • Resolución de problemas. Los problemas causados por vibraciones requieren con frecuencia herramientas y técnicas avanzadas para evaluar la causa raíz del problema y determinar la mejor solución. Los enfoques de prueba y error funcionan muy pocas veces en estos casos debido a la complejidad de los problemas involucrados.
  • Programas de monitoreo permanente. Un programa de monitoreo de equipos y de vibraciones rentable paga dividendos durante la vida útil de la operación. Existen soluciones de monitoreo prácticas y rentables, incluso para lugares remotos. 
5 Ideas para comenzar

Las mejores compañías de la industria siguen este enfoque integrado, para que las diferentes partes involucradas adopten una metodología común.
A continuación se indican algunas ideas para comenzar:

  • Un buen paso inicial es asignar a los líderes para crear un plan general.
  • Educar al equipo, esto es importante. Antes de sumergirse en detalles técnicos, es de gran ayuda explicar los riesgos de vibraciones/dinámicos básicos a los que se enfrentan la instalación, qué normas aplicar y cómo se solucionan esos problemas. BETA puede ayudarle a concientizar y proporcionar la capacitación técnica necesaria.
  • Especificar correctamente el alcance de vibraciones requerido en las fases iniciales de diseño y de FEED (ingeniería básica ampliada). Para muchos proyectos, los problemas de vibraciones son una idea tardía. Esto quiere decir que es demasiado tarde para hacer pequeños cambios en las tuberías o en los soportes. Una temprana participación evita este problema tan común y luego ahorra tiempo y dinero.

Este enfoque multifuncional evita que los problemas se pasen por alto y evita gastos de millones de dólares debido a las fallas por fatiga de las tuberías e inactividad forzada.

6 Para más información
7 Ventajas de BETA

BETA proporciona ingenieros especializados de diseño y de campo para asegurar una verdadera solución integrada de vibraciones. Nuestros servicios de ingeniería se aplican a:

  • Nuevos proyectos  El momento ideal para evitar problemas de vibraciones es en la etapa de diseño, cuando es fácil (y más económico) implementar pequeñas modificaciones en las tuberías y otros cambios menores.
  • Proyectos de reacondicionamiento o modificaciones de los equipos  Estos proyectos implican cambios en los equipos, sistemas de tuberías y condiciones operacionales,  que pueden introducir nuevos problemas de vibraciones.
  • Operaciones y mantenimiento  La puesta en servicio, la resolución de problemas y las actividades de monitoreo requieren una experiencia especializada para identificar la causa raíz de los problemas y proporcionar soluciones prácticas para mejorar el sistema.

Las soluciones de ingeniería de BETA proporcionan una rápida recuperación de la inversión para los propietarios. BETA es el asesor en el que confían muchas de las compañías petroleras más importantes del mundo.

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