Inestabilidades Impulsadas por la Temperatura en Placas Planas de Recipientes a Alta Presión: Un Estudio de Pandeo Térmico
Autores: Sadeghi-Chahardeh, Alireza; Abdollahi-Mamoudan, Farima
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2024
Acceso abierto
Artículo científico
2024
Inestabilidades Impulsadas por la Temperatura en Placas Planas de Recipientes a Alta Presión: Un Estudio de Pandeo Térmico
Categoría
Procesos industriales
Subcategoría
Diseño de procesos industriales
Palabras clave
Condiciones térmicas
Inestabilidad térmica
Pandeo
Modelado de mallas tipo shell
Placas planas a alta temperatura
Integridad estructural
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 19
Citaciones: Sin citaciones
En el ámbito de la simulación de recipientes a presión, los enfoques convencionales del método de elementos finitos (FEM), según las normas ASME, pueden predecir de manera inadecuada el comportamiento de superficies planas a altas temperaturas. Este estudio desafía la eficacia del modelado de mallas tipo shell para placas planas a alta temperatura, demostrando que las condiciones térmicas dentro de tales recipientes a presión pueden inducir inestabilidad térmica y pandeo, no contemplados por los métodos FEM tradicionales recomendados por ASME. A través de investigaciones analíticas exhaustivas, revelamos que las técnicas de malla tipo shell tradicionales, aunque adecuadas para ciertas aplicaciones, no logran capturar las complejas tensiones térmicas y patrones de deformación inherentes a las configuraciones de placas planas a alta temperatura. Nuestro análisis delimita distintos regímenes de estabilidad gobernados por parámetros de diseño clave, incluyendo el grosor de la placa, la temperatura de operación y las dimensiones geométricas, que impactan profundamente la integridad estructural de las placas de calefacción bajo carga térmica. Específicamente, encontramos que aumentar el grosor de la placa mejora la resistencia al pandeo térmico, que el apriete de los bordes de la placa eleva la temperatura crítica de pandeo, y que seleccionar materiales con coeficientes de expansión térmica más bajos mejora la estabilidad. Estos hallazgos proporcionan a los ingenieros información crítica necesaria para optimizar el diseño y el rendimiento de equipos a alta temperatura. Esto incluye el diseño de recipientes a presión con superficies planas para calentar materiales, bridas en entornos de alta temperatura y aletas en intercambiadores de calor en diversas industrias como la del petróleo y gas, la pirólisis y las plantas de energía. Los hallazgos presentados aquí sirven como una referencia valiosa para los ingenieros que buscan comprender y mitigar fenómenos de inestabilidad en mecánica de sólidos, ofreciendo orientación práctica para desarrollar estructuras robustas y confiables a alta temperatura en entornos industriales exigentes.
Descripción
En el ámbito de la simulación de recipientes a presión, los enfoques convencionales del método de elementos finitos (FEM), según las normas ASME, pueden predecir de manera inadecuada el comportamiento de superficies planas a altas temperaturas. Este estudio desafía la eficacia del modelado de mallas tipo shell para placas planas a alta temperatura, demostrando que las condiciones térmicas dentro de tales recipientes a presión pueden inducir inestabilidad térmica y pandeo, no contemplados por los métodos FEM tradicionales recomendados por ASME. A través de investigaciones analíticas exhaustivas, revelamos que las técnicas de malla tipo shell tradicionales, aunque adecuadas para ciertas aplicaciones, no logran capturar las complejas tensiones térmicas y patrones de deformación inherentes a las configuraciones de placas planas a alta temperatura. Nuestro análisis delimita distintos regímenes de estabilidad gobernados por parámetros de diseño clave, incluyendo el grosor de la placa, la temperatura de operación y las dimensiones geométricas, que impactan profundamente la integridad estructural de las placas de calefacción bajo carga térmica. Específicamente, encontramos que aumentar el grosor de la placa mejora la resistencia al pandeo térmico, que el apriete de los bordes de la placa eleva la temperatura crítica de pandeo, y que seleccionar materiales con coeficientes de expansión térmica más bajos mejora la estabilidad. Estos hallazgos proporcionan a los ingenieros información crítica necesaria para optimizar el diseño y el rendimiento de equipos a alta temperatura. Esto incluye el diseño de recipientes a presión con superficies planas para calentar materiales, bridas en entornos de alta temperatura y aletas en intercambiadores de calor en diversas industrias como la del petróleo y gas, la pirólisis y las plantas de energía. Los hallazgos presentados aquí sirven como una referencia valiosa para los ingenieros que buscan comprender y mitigar fenómenos de inestabilidad en mecánica de sólidos, ofreciendo orientación práctica para desarrollar estructuras robustas y confiables a alta temperatura en entornos industriales exigentes.