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Análisis de vibraciones inducidas acústicamente (VIA)

Análisis de excitaciones inducidas acústicamente

Acoustic Induced Vibration (AIV)  (Acoustic Induced Excitation)

Las vibraciones inducidas acústicamente pueden causar rupturas en las válvulas reductoras de presión, las válvulas de seguridad o en otras zonas de un sistema de tuberías donde hay caídas de presión. Se recomienda realizar este estudio en sistemas de gas, donde están ubicadas las válvulas reductoras de presión. 

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1 Información general

Los dispositivos reductores de presión pueden generar energía acústica de alta frecuencia que excita los modos de vibrar de la carcasa de una tubería. Esas vibraciones inducidas acústicamente (VIA) ocasionan fallas por fatiga en las tuberías de proceso o cerca de las conexiones de diámetro pequeño y provocan radiación sonora de banda ancha en el rango de 500 Hz a 2000 Hz.

En la figura 1, se muestran los modos de la carcasa de una tubería excitada por energía inducida acústicamente. La vibración del modo de la carcasa hace que las tuberías de diámetro pequeño vibren.

A menos que se mantengan bajo control, las vibraciones inducidas acústicamente ocasionan daños catastróficos en las tuberías (figura 2).

La energía acústica interna también puede generar ruido en el exterior que afecta la seguridad de los operarios (pérdida de audición). 

Figura 1. Ejemplo del modo de la carcasa de una tubería sometida a vibraciones inducidas acústicamente.
 

Figura 2. Ejemplo de falla de una tubería por VIA. Fuente: Chemical and Process Technology, 2009.
2 Zonas problemáticas comunes

Las vibraciones inducidas acústicamente ocurren en un flujo compresible, como sistemas de tuberías de gas o de dos fases.

Generalmente, el estudio de vibraciones inducidas acústicamente se realiza en:

  • Válvulas de seguridad
  • Válvulas de purga
  • Placas con orificios de restricción
  • Válvulas reductoras de presión
  • Válvulas de recirculación
  • Válvulas de control
  • Tuberías de alto caudal
  • Preocupación debido a los niveles de ruido externo

Las conexiones de diámetro pequeño o los elementos anexos, como los soportes soldados, son los que corren más riesgo. La excitación de banda ancha hace que haya resonancia en esos lugares, lo cual produce fisuras y fallas por fatiga.

Las fallas por fatiga causadas por las vibraciones inducidas acústicamente pueden ocurrir en un período corto de tiempo (desde minutos hasta horas).

3 Nuestro enfoque de diseño

El nivel de potencia acústica (NPA) guarda relación con la energía acústica generada por el flujo que atraviesa una válvula o dispositivo reductor de presión. En el estudio de las vibraciones inducidas acústicamente, se calcula el nivel de potencia acústica y se determina si el sistema de tuberías es lo suficientemente fuerte para resistir la fatiga por VIA. De ser necesario, se realizan cambios, ya sea en el nivel de potencia acústica o en el sistema de tuberías.

En proyectos nuevos, la empresa de ingeniería o el propietario le solicitan a Wood que:

  • Analice el sistema de tuberías.
  • Identifique las fuentes de vibración inducida acústicamente y las zonas de alto riesgo.
  • Dé recomendaciones sobre las modificaciones que haya que hacer en el sistema de tuberías y las válvulas, o brinde otras soluciones para reducir los niveles de esfuerzo dinámico.

Hay dos enfoques para evaluar las vibraciones inducidas acústicamente:

  1. Método Eisinger o método D/E: este enfoque se usa para verificar la fatiga acústica de las tuberías mediante la comparación de la relación diámetro/espesor con límites empíricos de diseño. Los límites de diseño son una función del nivel de potencia acústica, según lo establecido por Eisinger, Carucci y Mueller y los estándares NORSOK. 
  2. Directrices del Energy Institute (2008): este método se usa para verificar zonas como ramales y anexos soldados. El nivel de potencia acústica se calcula de forma similar al método D/E, pero hay algunas diferencias en cuanto a cómo se obtiene el límite de fatiga. 

Wood puede cumplir con cualquiera de los dos enfoques mencionados anteriormente, según lo que prefiera el cliente. Se usan programas especializados para mejorar la calidad y la eficiencia del análisis, para así garantizar que el proyecto se termine rápidamente y con el presupuesto dado. 

Para sistemas nuevos, como sistemas con compresores centrífugos, en general los clientes realizan tanto el estudio de vibraciones inducidas acústicamente (VIA) como el estudio de vibraciones inducidas por el flujo (VIF), para asegurarse de tratar ambas fuentes de excitación. 

Si usted participa de la operación o el proceso de diseño de sistemas de alta presión, contáctese con nosotros ​para recibir asistencia sobre las vibraciones inducidas acústicamente y otros problemas de vibración.

4 Servicios de campo de beta

Contáctenos si llega a sospechar de la presencia de problemas en los sistemas de tuberías debido a vibraciones inducidas acústicamente. Nuestros ingenieros de campo pueden brindar asistencia in situ para ayudar con la medición y la resolución de problemas de vibraciones en tuberías. 

Las imágenes muestran ejemplos de vibración del modo de la carcasa (longitudinal y circunferencial). 

 

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