Evaluación de conexiones de diámetro pequeño

Para todo tipo de maquinaria y aplicaciones

Las conexiones de diámetro pequeño, también conocidas como uniones o acoples, se conectan a la tubería de proceso principal y son el problema de vibración más frecuente que afecta a los equipos rotativos y de pistón y a las tuberías de proceso relacionadas.

Se recomienda firmemente la realización de una evaluación del diseño de las conexiones de diámetro pequeño y un análisis de campo de las vibraciones para evitar riesgos a la integridad de las tuberías. 

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1 Información general: conexiones de diámetro pequeño; definición, riesgos y consecuencias

Revisión in situ de las conexiones de diámetro pequeño.		Recipiente con fisuras debido a la vibración de una conexión de diámetro pequeño (brida ciega).

Las vibraciones y la fatiga pueden representar hasta el 20% de los derrames de hidrocarburos; una gran parte de esos derrames se deben a la falla de las conexiones de diámetro pequeño (según el Energy Institute, 2008). La liberación de hidrocarburos puede causar incendios, explosiones, heridas, daños a las propiedades y al medioambiente y sanciones.

En general, se define a las conexiones de diámetro pequeño (CDP) como una unión a la tubería principal que tiene un diámetro nominal de 2” (DN 50) o más pequeño. En esta definición también se incluyen las uniones que tienen una proporción entre la tubería ramal y la tubería principal inferior al 10% y se incluyen las uniones que tienen una proporción superior al 25% (véase la imagen a continuación). Nótese que "tubería principal" también podría referirse a equipos como un recipiente o un enfriador a los que se unen las conexiones de diámetro pequeño.

Las tuberías de diámetro pequeño (TDP) se definen como las tuberías que están unidas a las conexiones de diámetro pequeño, y se extienden hasta que el efecto de las vibraciones de la tubería principal es insignificante (frecuentemente, hasta el soporte o riostra más cercano), como se muestra en la siguiente ilustración.

Sistemas multicanal usados para evaluar los riesgos de vibración de las conexiones de diámetro pequeño

Las conexiones de diámetro pequeño son muy susceptibles a los problemas debido a su geometría y su masa. Incluso las vibraciones (aceptables) de baja amplitud de las tuberías de proceso principal pueden ocasionar que las uniones vibren de forma excesiva y se rompan como consecuencia de la falla por fatiga. Eso se debe a la resonancia local de las conexiones de diámetro pequeño. Para ejemplos de resonancia, véase el  Video de capacitación, módulo 1 (En inglés)A ciertas frecuencias, es posible que la vibración base se amplifique hasta 20 o 30 veces y haga que las uniones fallen.

Las consecuencias de las fallas inducidas por vibraciones pueden ser catastróficas. Una fisura pequeña hace que se derramen fluidos, lo cual presenta riesgos a la seguridad (explosiones, incendios o sustancias químicas tóxicas), riesgos medioambientales para las zonas aledañas y paralización de la producción. Recientemente, las fallas de las conexiones de diámetro pequeño han sido responsables por paradas no programadas de plantas de producción y tuberías de conducción durante semanas. Dado el riesgo que representan esas fallas, los propietarios deben asumir un rol activo para evitarlas.

2 Enfoque y alcance

2.1 Enfoque

Para abordar los riesgos a la integridad relacionados con las conexiones de diámetro pequeño, el propietario debe especificar la evaluación apropiada de ingeniería. Lo ideal sería que la evalua ción se diera en tres etapas, como se muestra en la siguiente tabla.

El análisis de elementos finitos se usa para calcular el esfuerzo y confirmar la aprobación (o falla) del diseño de las tuberías de diámetro pequeño.

Para realizar este trabajo, es necesario contar con expertos en ingeniería dinámica, ya que abarca el análisis de esfuerzos, el análisis de las fallas por fatiga, el análisis de elementos finitos y otros estudios dinámicos avanzados. 

Advertencia: Un concepto erróneo frecuente es que la evaluación de las conexiones de diámetro pequeño es similar a un programa estándar de monitoreo de las vibraciones, como el monitoreo basado en la condición o el control de las vibraciones basado en rutas de inspección, que generalmente está a cargo de un técnico en vibraciones. Si bien ese programa es útil para monitorear el deterioro de los cojinetes, no sirve para diseñar y evaluar conexiones de diámetro pequeño.​

El alcance de la evaluación de conexiones de diámetro pequeño varía en función de la aplicación (líquidos, gases o multifase), la frecuencia de operación, la ubicación y las condiciones de proceso. Esas variables afectan el tipo de análisis que se realizará en las instalaciones. 

2.2 Alcance (diseño y análisis de campo)

Para abordar los riesgos a la integridad de las tuberías causados por problemas con las conexiones de diámetro pequeño, disponemos de los siguientes servicios estándar. Contáctese con nosotros para recibir más información sobre el alcance detallado o si necesita una solución a medida.

Para mitigar los riesgos, el propietario (o su asesor de ingeniería) debe especificar un estudio de vibraciones de conexiones de diámetro pequeño.​

3 Ventajas de Wood

• Más de 45 años de experiencia de campo en evaluaciones de conexiones de diámetro pequeño.
• Sistema multicanal de adquisición de datos (>100 canales) para analizar conexiones de diámetro pequeño, una ventaja clave para sistemas grandes de tuberías.
• Expertos en diseño dinámico, control de pulsaciones, mitigación de las vibraciones de máquinas rotativas y de pistón.
• Programas de investigación y desarrollo enfocados en crear soluciones innovadoras para evaluar y mitigar las vibraciones de las conexiones de diámetro pequeño, incluida la investigación para el Gas Machinery Research Council (GMRC).
• Proveedor preferido de las empresas más grandes explotadoras de gases y líquidos y de las empresas más grandes de tuberías de conducción.
• Asistencia a nivel mundial, que incluye ingenieros de campo certificados para instalaciones costa afuera.

4 Información relacionada

• Especificaciones para CONEXIONES de diámetro pequeño (para solicitar el estudio apropiado
• Cursos de capacitaciónLos seminarios de capacitación de Wood ofrecen demostraciones, análisis en vivo de conexiones de diámetro pequeño y estrategias de mitigación.
• Directrices para evitar fallas por fatiga inducida por vibraciones en las tuberías de proces (EN INGLÉS)elaboradas por el Energy Institute. Consulte sobre la forma en que ayudamos a los clientes a poner en práctica ese estándar durante el diseño y las operaciones en el campo y sobre la manera de incorporar otros enfoques recomendados.
• Mejorar la confiabilidad de los equipos - CONEXIONES de diámetro pequeño (PDF, en inglés)
• Aumentan las fallas de las tuberías de diámetro pequeño, CompressorTech2, 2012 (PDF, en inglés)
• Condiciones transitorias en tuberías de diámetro pequeñoSe trata la forma en que las condiciones transitorias de operación pueden afectar a las vibraciones de tuberías de diámetro pequeño.
• Fallas de CONEXIONES de diámetro pequeño, relacionadas con las vibraciones (PDF, en inglés)Artículo técnico sobre principios de diseño de tuberías de diámetro pequeño.
• EVALUACIÓN DE LA INTEGRIDAD DE LAS CONEXIONES DE DIÁMETRO PEQUEÑO (PDF, RESUMEN EN INGLÉS)Artículo nuevo publicado en la conferencia EFRC de 2014, en Viena.
• Video: ejemplos de tuberías de diámetro pequeño
• Video: Módulo de capacitación 1 - Compresor de pistón - Resumen general de los problemas de vibración Explicación de la resonancia y de la ecuación de vibración, conceptos que contribuyen a la vibración de tuberías de diámetro pequeño.

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• ANÁLISIS MECÁNICO Y DE LAS PULSACIONES DE COMPRESORES DE PISTÓN
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6 Palabras clave

• Conexiones/uniones/acoples
• Tuberías de diámetro pequeño

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