Proposição de melhoria estrutural visando redução da amplitude de vibração em paredes de tanque de um reator de derivação

Abstract

O excesso de vibração é o principal responsável por falhas mecânicas em reatores de derivação, sendo assim necessário o controle desse comportamento mecânico para garantir a vida útil do equipamento. Neste trabalho, foi realizado um estudo para reduzir a amplitude de vibração em paredes de um tanque de reator de derivação que excedeu o limite imposto pela norma IEC 60076-6:2007. A máxima amplitude de vibração foi verificada por meio de ensaio experimental e foi feita a modelagem do problema pela teoria clássica de placas, simplificando o modelo para simulação numérica. O modelo mostrou-se adequado uma vez que apresentou diferença de somente 2,4% entre o valor medido experimentalmente e o resultado numérico. Através de simulações de elementos finitos em ANSYS Mechanical APDL, foram inseridos diferentes perfis comerciais, U, I e cantoneira, para determinar a solução mais viável economicamente, trazendo os benefícios necessários a estrutura. O perfil U 76,2 x 4,33 mm, mostrou-se o mais adequado, tendo reduzido a amplitude máxima de vibração de 500 μm para 163 μm, abaixo do requerido pela norma, de 200 μm. Além disso, não foi identificada possibilidade de falha por fadiga na estrutura quando inserido este perfil, que também apresentou o menor custo de material para implementação, de R$ 58,15.

The excessive vibration is the main cause of mechanical failures in shunt reactors, so it is necessary to control it to ensure the equipment life. In this work, a study has been made to reduce the vibration amplitude in tank walls of a shunt reactor which has exceeded the limit imposed by the standard IEC 60076-6:2007. The maximum vibration amplitude was verified by means of experimental test and the modeling has been made using the Classical Theory of Plates, simplifying the model for a numerical simulation. The model has been shown proper once the difference between the experimental tests and numerical solution is about only 2,4%. Through finit elements simulation in ANSYS Mechanical APDL, different commercial sections, U, I and equal leg angle, were used to define the most economical solution, with the needed benefits to the structure. The section U 76,2 x 4,33 mm, has shown to be the most suitable, once it has reduced the maximum vibration amplitude from 500 μm to 163 μm, under the normative requirement of 200 μm. Furthermore, the possibility of fatigue failure has not been identified for the structure after adding the section, that has also shown the lowest material cost of R$ 58,15.