ANÁLISIS DE FALLAS POR EL MÉTODO ELEMENTOS FINITOS A VÁSTAGO COMPRESOR J-1202-A/B, ENAP REFINERÍA BIO-BIO

Abstract

Se desarrolla este Proyecto de Título, para optar al título de Ingeniero de Ejecución Mecánica de procesos y mantenimiento industrial, el cual se basa en un análisis de fallas por el método de elementos finitos al vástago de la segunda etapa del compresor J-1202B de ENAP Biobío, Talcahuano, el cual se efectuará con el personal de la división ingeniería en mantención.En este trabajo se presentará un problema detectado en un compresor de make-up de la planta MHC (mild hidrocraking) de ENAP refinería Biobío. Este compresor tuvo una fractura del vástago y se desconocen las causas.En Enap Refinerías, las actividades dentro de la empresa consisten, básicamente, en la adquisición de petróleo crudo, refinación, venta y transporte de productos derivados del petróleo, como combustibles y productos petroquímicos para la fabricación de plásticos para poder ofrecer energía a todo el país.Nos centraremos en la planta de MHC, puesto que es donde está el compresor con el problema que vamos a analizar. La planta de MHC se encarga de conseguir el gas oil de otras plantas y pasarlo por un hidrotratamiento para conseguir productos más valiosos, como diésel de alta calidad y kerosén. Para este proceso es necesario un proceso de make up de hidrógeno, puesto que, en el proceso de la planta se consumen altas cantidades de hidrógeno debido a la hidrogenación, aquí es donde actúan los compresores J-1202-A/B que reciben el hidrógeno de otras plantas, para suplir la pérdida de h2, estos compresores elevan la presión de entrada del h2 que entran al proceso haciendo una reposición del h2 consumido.El compresor con el que se trabajará es un compresor alternativo de 3 etapas, es un compresor italiano modelo J-1202-A/B, tipo 4HF/3, serial A09251; se construyó en el año 2002 por GEPS Oil&Gas Nuovo Pignone que trabaja en primera etapa descarga a 120º C y 56 Kg/cm2, la segunda etapa descarga a 122ºC y 124 Kg/cm2 y por último la tercera etapa descarga a 58ºC y 152 Kg/cm2.En ingeniería estructural, los esfuerzos internos o esfuerzos de sección son magnitudes físicas que están dentro de la microestructura de la geometría, que pueden causar serios problemas en el diseño si no se toman en consideración. Se evaluarán los esfuerzos según la teoría de fallos de Vom Misses y se revisará fatiga según Sodenberg.Utilizamos el software de ingeniería Inventor para generar la geometría de nuestro vástago, junto con los métodos CAD para el diseño de software. Para crear una representación gráfica de objetos físicos, ya sea en segunda o tercera dimensión (2D o 3D), simulando así la geometría total de nuestro vástago, se debe tener cuidado enlas medidas, pues estas deben ser exactas para que la simulación sea más cerca de la realidad del problema.Usaremos el método de los elementos finitos para descubrir nuestro problema, el cual es un método numérico general para la aproximación de soluciones de ecuaciones diferenciales parciales muy utilizado en diversos problemas de ingeniería y física. Este método consiste en dividir la geometría en múltiples elementos finitos, unidos por nodos, así, este programa trasforma difíciles ecuaciones diferenciales en miles de ecuaciones lineales para así dar una solución al problema. También nos ayudará a ver la magnitud de los esfuerzos internos que hay en la geometría según las cargas que le coloquemos en el programa, el programa nos dirá cuáles son nuestros mayores esfuerzos según el método, con lo que podremos evaluar cuál fue el problema y si hay alguna posible solución.Software de ingeniería para efectuar el análisis de elementos finitos Ansys Workbench, este es el programa que utilizaremos para efectuar el análisis; es un programa muy completo y puede simular el problema del vástago, este programa tiene muchas opciones de trabajo, la que usaremos es la opción de trabajo estático.En el análisis evaluaremos cargas axiales, que son las cargas naturales de funcionamiento del vástago. Los resultados que obtendremos nos dirán cuáles son sus puntos críticos y evaluaremos que su funcionamiento con cargas repetitivas siga teniendo un factor de seguridad aceptable para que no tenga fallas.Al evaluar otro punto en el vástago, evaluaremos una pretensión que tiene en su parte posterior para asegúralo con la zapata que le da el movimiento al vástago. En esta pretensión podremos encontrar alguna magnitud que produjo la falla del compresor J-1202-A/B y sería interesante ver ese punto.