Vibration, dynamics and noise

formerly BETA Machinery Analysis and SVT Engineering Consultants

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Evaluación de conexiones de diámetro pequeño

Para todo tipo de maquinaria y aplicaciones

Small Bore Connection (SBC) Vibration Analysis

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.

 
Las tuberías de diámetro pequeño que causan más preocupación son las que contienen fluidos de producción a presión de operación. Las líneas auxiliares, como el aire neumático, los conductos de ventilación del cárter, etc., no son tan críticas. BETA usa el término tuberías de diámetro pequeño para referirse a todo el conjunto de problemas de vibraciones de las tuberías, incluidas las uniones, las bridas ciegas, las válvulas de seguridad, las mirillas, las conexiones de termómetros de resistencia, las válvulas/líneas de drenaje, etc. 

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.

Actividades para evaluar lAS CONEXIONES de diámetro pequeño 
Ingeniería básica ampliada (FEED)/planificación
Se define el alcance apropiado
y los requisitos para el diseño dinámico

Revisión del sistema de tuberías:  pulsaciones, turbulencia del flujo, vibraciones inducidas acústicamente, excitación mecánica, sobrepresiones, otros eventos transitorios.

Diseño detallado
Se revisa y evalúa el diseño de las conexiones de diámetro pequeño 
Análisis de conexiones de diámetro pequeño: enfoque cuantitativo, identificación de riesgos por fatiga, elementos finitos (en caso de que sea necesario), recomendación de modificaciones. 
Puesta en servicio/operación 
Análisis in situ, documentación, modificaciones (evaluación del flujo en condiciones estables y transitorias)
Evaluación de las vibraciones de las conexiones de diámetro pequeño (línea de base): condiciones estables, condiciones transitorias, extrapolación de resultados para otras condiciones de operación. 

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.

Proyectos nuevos (o sistemas modificados) - Incluye actividades de diseño y de campo
Servicio Descripción Resumen Riesgo remanente
SBC-D1 Revisión del diseño de las conexiones de diámetro pequeño

Enfoque básico: se revisan los dibujos disponibles y se brindan recomendaciones basadas en "prácticas óptimas". No se realizan mediciones en las instalaciones

Intermedio: muchos riesgos remanentes porque es posible que haya resonancia (y no se realizaron verificaciones/análisis de campo).

SBC-D2

Evaluación estándar de la integridad de conexiones de diámetro pequeño

Evaluación del diseño de las conexiones propuestas con cambios recomendados.
Inspecciones en el taller y en el campo para verificar que los niveles de vibración sean aceptables.

Bajo: se abordan de forma significativa los riesgos frecuentes. Queda una cantidad pequeña de riesgos remanentes. 

SBC-D3

Verificación exhaustiva de la integridad de conexiones de diámetro pequeño

BETA participa de forma directa en el diseño de las conexiones de diámetro pequeño para garantizar un sistema prudente que evite las resonancias en frecuencias clave.
Inspecciones en el taller y en el campo para abordar condiciones estables de operación y situaciones transitorias.

Mínimo: máxima garantía para el sistema de operación diseñado.

Operaciones existentes
SERVICIO DESCRIPCIÓN RESUMEN RIESGO REMANENTE

SBC-F1

Evaluación de campo estándar para conexiones de diámetro pequeño

Ideal para evaluar la integridad de las conexiones de diámetro pequeño y las tuberías relacionadas del sistema de máquinas. Incluye el análisis de impacto de las frecuencias naturales mecánicas, la clasificación de las vibraciones, el barrido de velocidades y el análisis detallado de elementos finitos (en caso de que sea necesario) para solucionar zonas problemáticas.

Bajo: en el servicio estándar, hay límites prácticos para analizar todas las ubicaciones. No se verifican todas las condiciones de operación. No se evalúan las conexiones de diámetro pequeño de las tuberías de planta (fuera del patín).

SBC-F2

Revisión exhaustiva de la integridad de conexiones de diámetro pequeño

Para aplicaciones críticas donde se precisan análisis más rigurosos. Incluye el análisis de condiciones estables y transitorias, análisis de fatiga y evaluación de la deformación de las tuberías. Puede incluir las tuberías de estación (que están alejadas de las máquinas rotativas/de pistón).

Mínimo: se abordan de forma significativa los riesgos frecuentes. Queda una cantidad pequeña de riesgos remanentes.

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 BETA
  • 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.
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6 Palabras clave
  • Conexiones/uniones/acoples
  • Tuberías de diámetro pequeño

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