ANÁLISIS DE LA TAPA A TEMPERATURA DE 430 O C.

APLICACIÓN, ANÁLISIS Y EVALUACIÓN DE RESULTADOS

5.13 ANÁLISIS DE LA TAPA A TEMPERATURA DE 430 OC.

Este tipo de análisis termo-mecánico se lleva a cabo aplicando los siguientes pasos: ¾ Se modela el sistema con cargas de presión y temperatura en estado

estable. esto se debe a que en el caso de alguna falla en el interior de la vasija del reactor, el vapor que escape, estaría sobrecalentado a la temperatura de 430ºC.

¾ Una vez realizado el modelo, se procede a obtener los resultados numéricos se lleva a cabo una evaluación de los mismos.

El componente nuclear, como se mencionó anteriormente, no está sujeto a cargas de presión y temperatura, sin embargo, se propuso realizar un estudio bajo las condiciones de temperatura descritas, con la finalidad de detrminar los niveles de operación a los que estaría sometido el material en el caso de que llegase a ocurrir una falla de este tipo en la vasija del reactor nuclear.

Debido a la dilatación que sufren los recipientes sometidos a presión interna y temperatura, los esfuerzos radiales, circunferenciales y longitudinales tienden a aumentar ocasionando grandes deformaciones.

En las siguientes figuras se muestran los resultados de los esfuerzos térmicos obtenidos mediante ANSYS 5.5.

Figura 5.46

CAPITULO V

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Figura 5.47

Esfuerzos de Von Mises.

Figura 5.48

CAPITULO V

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Figura 5.49

Esfuerzos longitudinales Y.

Figura 5.50

CAPITULO V

APLICACIÓN, ANÁLISIS Y EVALUACIÓN DE RESULTADOS

Figura 5.51

Primer esfuerzo principal.

Figura 5.52

CAPITULO V

APLICACIÓN, ANÁLISIS Y EVALUACIÓN DE RESULTADOS

Figura 5.53

Tercer esfuerzo principal.

Figura 5.54

CAPITULO V

APLICACIÓN, ANÁLISIS Y EVALUACIÓN DE RESULTADOS

Figura 5.55

Deformación longitudinal Y

Figura 5.56

CAPITULO V

APLICACIÓN, ANÁLISIS Y EVALUACIÓN DE RESULTADOS

Figura 5.57

Malla deformada contra malla no deformada.

Figura 5.58

CAPITULO V

APLICACIÓN, ANÁLISIS Y EVALUACIÓN DE RESULTADOS

Figura 5.59

Malla deformada contra malla no deformada, región de la rodilla.

Figura 5.60

CAPITULO V

APLICACIÓN, ANÁLISIS Y EVALUACIÓN DE RESULTADOS

RESULTADOS DEL ANÁLISIS.

En la figuraS 5.46 y 5.48 se observa claramente el modo de pandeo de la tapa y los valores de los esfuerzos de Von Misses de 1.62 Gpa. Ya que el esfuerzo de cedencia del material es de 211.4 MPa,el valor de los esfuerzos de generados en la tapa es más de 7 veces el límite de cedencia del material de la tapa. Con lo cual se concluye que la tapa sufrirá inestabilidad.

CAPITULO V

APLICACIÓN, ANÁLISIS Y EVALUACIÓN DE RESULTADOS

5.14 REFERENCIAS:

[1] ANSYS Elements Reference Release 5.5, Agosto 2001.

[2] John F. Harvey, P.E., “Pressure Component Construction, Design and Materials Application”, Van Nostrand Reinhold company, 1980.

[3] Kurt Gieck, “Manual de Formulas Técnicas”, Alfaomega, 19a. Edición, 1995.

[4] Jose A. Manrique, ”Transferencia de Calor”, Harla, 1981.

[5] Murray R. Spiegel, ”Manual de Formulas y Tablas Matemáticas”, Serie Schaum, Mc Graw-Hill, 1991.

ANÁLISIS DE PANDEO DE LA TAPA DE LA CONTENCIÓN DE UN REACTOR TIPO BWR

C O N C L U S I O N E S:

En el diseño de tapas elípticas, debe tenerse especial atención a la existencia de zonas críticas, en la figura 5.3 se mostraron las regiones de estudio de la tapa, debido a los tipos de análisis que se desarrollaron, se pudo concluir que las zonas críticas son: la región de la rodilla, la zona de empotramiento y la región de la corona, esta deducción se hizo en base a los valores de los esfuerzos obtenidos. En la membrana se puede presentar esfuerzos de tensión en la dirección meridional y de compresión en la dirección circunferencial simultáneamente, esto generalmente llega a ocurrir en zonas locales. El estado de esfuerzos mencionado ocurre solo cuando existen grandes presiones y la magnitud de los esfuerzos son cercanos al esfuerzo de fluencia del material.

En lo que respecta a la zona cilíndrica, los esfuerzos máximos se concentran en la zona considerada como de empotramiento del cilindro, lo cual es de esperarse, ya que esta zona es la que soporta prácticamente todas las cargas de presión, y debido al cambio de dirección transversal es aquí donde ocurren las máximas deformaciones, en la fabricación de tapas elípticas se recomienda utilizar un mayor espesor que para la membrana, esto se debe a que los valores de los esfuerzos son mayores que en la membrana.

Se puede decir que el pandeo es un fenómeno particular descrito por la teoría de la elasticidad, donde se obtienen grandes desplazamientos, aún estando en niveles de carga y deformación, dentro de la zona elástica.

En la solución de este tipo de problemas, la discretización del medio continuo, es un factor muy importante a tomar en cuenta, debido a que una discretización inadecuada puede dar como resultado cargas de pandeo no razonables.

La aplicación de procedimientos analíticos, para el cálculo de los esfuerzos en componentes estructurales, presenta limitaciones para geometrías irregulares, con cargas y/o materiales especiales, por lo que la aplicación de técnicas numéricas, constituye una alternativa muy efectiva para efectuar estos análisis.

También puede decirse que aún queda teoría por desarrollar en lo que se refiere al estudio de pandeo, y que las soluciones analíticas o numéricas requieren de consideraciones especiales en el momento del cálculo del esfuerzo de pandeo, por lo que es de esperarse, los investigadores afronten este tipo de problemas desde la perspectiva experimental.

La capacidad de cálculo del programa empleado para el análisis ha permitido una mejor aproximación del dominio de estudio físico. Además, con la modelación

ANÁLISIS DE PANDEO DE LA TAPA DE LA CONTENCIÓN DE UN REACTOR TIPO BWR

tridimensional de todo el medio continuo, se evitan suposiciones en el comportamiento de las condiciones de frontera y de las cargas aplicadas.

Los usuarios y fabricantes de recipientes sujetos a presión han desarrollado ciertas prácticas estándar que han demostrado tener ventajas en el diseño y en la construcción de los recipientes sujetos a presión. Esta especificación comprende dichas prácticas que se han convertido en las de más aceptación y ejecución.

Los estándares mencionados son, en parte, referencias a alternativas seleccionadas que permiten las normas ASME, y en parte describen los métodos de diseño y construcción que no cubren éstas. No se citan en esta especificación las reglas de las normas.

Los recipientes sujetos a presión deberán diseñarse , fabricarse, inspeccionarse y marcarse de acuerdo con la última edición de las normas de Calderas y recipientes sujetos a presión del ASME, sección VIII, división 1, y sus agregados subsecuentes.

ANÁLISIS DE PANDEO DE LA TAPA DE LA CONTENCIÓN DE UN REACTOR TIPO BWR

G L O S A R I O:

Mwe. Mega Watts Eléctricos.

Membrana. Las membranas son generalmente placas curvadas

con espesores muy pequeños en comparación con las dimensiones de longitud de éstas.

Esfuerzos longitudinales. Esfuerzos que actúan en la dirección Y de la zona cilíndrica de la tapa.

Esfuerzos

circunferenciales. Esfuerzos que actúan en la dirección circunferencial del cilindro (alrededor de la zona cilíndrica).

Esfuerzos meridionales. Esfuerzos que actúan en la región de la rodilla y tangentes hacia el centro de la zona de la corona.

Esfuerzos en la corona. La corona es la parte superior de la tapa, en ésta actúan generalmente solo esfuerzos de tensión.

Ecuador. Es la región que divide la zona cilíndrica de la zona de la membrana.

Meridiano. Es la región de curvatura de la membrana, envuelve la región de la rodilla.

Región de la rodilla. Es la región que envuelve circunferencialmente al radio menor de curvatura en la generación de un elipsoide. Se le considera región crítica debido a que en esta región se pueden presentar esfuerzos de tensión y compresión.

Cabeza. El extremo (pieza de cierre) de un casco cilíndrico. Los tipos de cabeza más usados son la hemisférica, la elipsoidal, la bridada y alabeada (torisférica), la cónica y la plana.

Carga. Las cargas son los resultados de la aplicación de

distintas fuerzas. Las cargas que deben considerarse al diseñar un recipiente son presión interna o externa, cargas de impacto, peso del recipiente, cargas superpuestas, cargas de viento y sismo, carga local y

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efectos de los gradientes de temperatura.

Ductilidad. La capacidad de un metal para estirarse y deformarse permanentemente sin romperse ni agrietarse. La ductilidad se mide por el porcentaje de reducción del área y el porcentaje de elongación de la probeta de prueba.

Esfuerzo Residual. Esfuerzo que queda en una estructura o miembro como resultado de tratamiento térmico o mecánico, o de ambos.

Estabilidad. La resistencia de un recipiente al pandeo o a la deformación de pliegues por esfuerzo de compresión axial. La estabilidad de un recipiente está afectada severamente por el ovalamiento.

Isotrópico. Que tiene las mismas propiedades en todas

direcciones. En los estudios de resistencia de materiales, significa que tiene la misma resistencia y las mismas propiedades elásticas (módulo de elasticidad, módulo de rigidez, relación de Poisson) en todas direcciones.

Límite elástico. El esfuerzo mínimo que causa una deformación permanente.

Módulo de elasticidad. Módulo de Young. Razón de cambio del esfuerzo unitario de tensión o compresión respecto a la deformación unitaria por tensión o compresión para las condiciones de esfuerzo monoaxial dentro del límite de proporcionalidad.

Para la mayoría de los materiales, el módulo de elasticidad es igual para tensión que para compresión.

Módulo de Rigidez. Módulo de elasticidad al esfuerzo de corte. La razón de cambio del esfuerzo cortante unitario respecto a la deformación unitaria debida a esfuerzo cortante, para la condición de esfuerzo cortante puro del límite de proporcionalidad.

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diferentes partes del recipiente (Norma UA-60).

Radio de giro. El radio de giro de un área respecto a un eje dado es la raíz cuadrada de la cantidad obtenida al dividir el momento de inercia de la sección transversal entre el área de esa sección.

Relación de Poisson. La relación de la deformación lateral unitaria a la deformación longitudinal unitaria, bajo la condición de esfuerzo longitudinal uniforme y monoaxial comprendido dentro del límite de proporcionalidad.

Carga estática. La presión de líquidos en reposo contra la pared del recipiente se debe únicamente a la carga estática, o sea, a la altura del líquido. Esta presión debe tomarse en consideración al diseñar los recipientes.

Esfuerzo de membrana. La componente del esfuerzo normal que está distribuida uniformemente y es igual al valor medio del esfuerzo que obra transversalmente al espesor de la sección bajo consideración.

ANEXO 1