CARRETE CON JUNTAS DE EXPANSIÓN AUTOCOMPENSADAS EN CODO PARA ALTA TEMPERATURA (800°C)

Para una tubería de gas caliente en un centro de rendimiento de turbocompresores para grandes motores en Alemania, Belman diseñó y fabricó un carrete con juntas de expansión autocompensadas en codo de doble pared. Para facilitar el transporte y la manipulación, se entregó en dos secciones para su montaje in situ.

 

EL PROBLEMA DEL CLIENTE
El cliente requería un carrete con juntas de expansión autocompensadas en codo de doble pared para absorber los movimientos axiales y laterales generados durante el funcionamiento. Dado que el punto de instalación corresponde a una tubería de gas caliente de alta temperatura (+800°C), el cliente necesitaba aislar completamente el carrete con Superwool para limitar la temperatura de la pared exterior a +250°C. Este exigente proyecto requería un fabricante de juntas de expansión con amplia experiencia y capacidad demostrada en grandes dimensiones, diseños complejos y en la fabricación, pruebas y artesanía de alto nivel, razón por la cual el cliente escogió a Belman.

 

LA SOLUCIÓN DE BELMAN

Carrete con juntas de expansión autocompensadas en codo entregado en dos secciones

De acuerdo con los planos y la solicitud del cliente, el carrete medía más de 8 metros por 6 metros, lo que hacía impracticable su transporte y manipulación. Por ello, se dividió en dos secciones que se ensamblaron in situ mediante dos conexiones con bridas.

• Belman diseñó y fabricó el carrete de doble pared con juntas de expansión en codo. Las dimensiones de las dos juntas de expansión en codo fueron las siguientes:
  Junta de expansión en codo DN 1000, de 3,77 metros de longitud y 2,7 toneladas de peso.
• Junta de expansión en codo DN 1000, con una longitud de 4,45 metros y un peso de 3,55 toneladas.

Las piezas completas del carrete con juntas de expansión se dividieron en las dos secciones transportables siguientes, cuyas dimensiones fueron:

• Sección 1: el carrete con junta de expansión en codo de 3,7 metros de longitud, la sección en T y la brida ciega, con unas dimensiones de 5,5 por 2 metros.
• Sección 2: el carrete con junta de expansión en codo de 4,45 metros de longitud y dos reductores; dimensiones: 4 x 4,5 metros.

La aplicación exigió un diseño de doble pared para todos los componentes y juntas de expansión en el carrete. La pared interior estaba fabricada en 1.4876H (para la exposición a gas caliente a +800°C) y actuaba como camisa interior, mientras que la pared exterior era de 16Mo3. Entre las paredes se colocó aislamiento Superwool. Solo un reductor no fue aislado, ya que se diseñó como pieza de transición entre la sección de tubería y el tubo de conexión del sistema de tuberías. Para garantizar la integridad estructural, las placas terminales de las juntas de expansión en codo se reforzaron para soportar cargas, y se colocaron tirantes estratégicamente para controlar y limitar la absorción del movimiento.

Tras ensamblar cada sección, se montaron bridas ciegas en los extremos del carrete y las secciones fueron probadas a 12,26 barg. Después de la prueba de presión, se drenó completamente el agua. Una vez secos los carretes, se insufló aislamiento Superwool en la cavidad existente entre las dos paredes. Además de la prueba de presión, se realizó una prueba visual y una prueba de estanqueidad. Los carretes cuentan con marcado CE, trazabilidad parcial y se entregan con un libro de datos de fabricación (MDB).

 

¿Por qué utilizar los materiales 16Mo3 y 1.4876H?

Dado que la temperatura del medio en la tubería alcanza los +800°C, el carrete con juntas de expansión autocompensadas en codo se fabricó con el material 1.4876H (partes internas) y 16Mo3 (parte externa). Ambos aceros son resistentes al calor, pero se seleccionaron para desempeñar funciones distintas. Se usó 1.4876H (Aleación 800H) para las partes en contacto directo con el medio gaseoso caliente. Ofrece excelente resistencia a la corrosión, oxidación y nitruración a altas temperaturas, y mantiene una elevada resistencia a la fluencia a altas temperaturas. Su alto contenido en níquel lo hace especialmente adecuado para entornos agresivos de gas caliente. Por otro lado, el 16Mo3 se empleó en las partes externas, donde la temperatura y la exposición a la corrosión son menores. Este acero ofrece una resistencia térmica adecuada para esta parte (normalmente entre +500°C y +530°C) y, además, es mucho más rentable y fácil de obtener, soldar y fabricar. Al combinar estos dos materiales, el diseño logró máxima durabilidad y rendimiento donde la carga térmica era más alta, manteniendo la solución global rentable.

 

¿Por qué se añadieron orificios de ventilación al carrete con juntas de expansión en codo?

Debido a la alta temperatura del medio de +800°C, los carretes con juntas de expansión autocompensadas en codo de doble pared tuvieron que fabricarse con materiales resistentes al calor. Para optimizar el diseño tanto técnica como económicamente, la pared interior se realizó más delgada con el fin de reducir el uso del costoso material para altas temperaturas. Sin embargo, esta pared interior optimizada no era suficientemente resistente para soportar por sí sola la alta presión de funcionamiento. Por ello, se incorporaron orificios de ventilación para transmitir la presión interna a la pared exterior. Estos orificios fueron dimensionados cuidadosamente, siendo lo suficientemente grandes para asegurar un flujo suave y equilibrar la presión, a la vez que impedían que el aislamiento pasara a través de ellos y entrara en la tubería. Los orificios de ventilación se posicionaron estratégicamente y se numeraron siguiendo un patrón definido para garantizar una transferencia eficiente y uniforme de presión desde la pared interior hacia la carcasa exterior. La pared exterior (carcasa) se fabricó con un material más grueso y económico, puesto que en esta capa no era necesaria una resistencia total al calor. Su mayor espesor le permite soportar la carga de alta presión y, de este modo, aliviar la carga sobre la pared interior más delgada.

Un análisis exhaustivo con ANSYS y cálculos complementarios confirmaron que orificios de ventilación de Ø20 mm, dispuestos como 64 orificios de Ø20 mm por mb, ofrecían la solución óptima.

 

Transporte especial debido a dimensiones sobredimensionadas

Debido a sus grandes dimensiones, los carretes con juntas de expansión en codo se enviaron mediante transporte especial por carretera en un tráiler de plataforma baja. El camión contó con escolta durante todo el trayecto. Para proteger los carretes con juntas de expansión durante el transporte, cada sección se embaló en cajas de madera ISPM 15 especialmente fabricadas. Debido al considerable peso de los carretes, se reforzaron los fondos de las cajas de madera para permitir su elevación y manipulación seguras. Las cajas de madera ISPM 15 también permitieron al cliente almacenar las piezas del carrete de forma segura dentro del mismo embalaje hasta su instalación. Para evitar la entrada de agua y proteger los carretes, el interior de cada caja se forró con plástico. Además, las cajas se cubrieron con una lona en la parte superior para proteger los carretes de la humedad y el agua durante el transporte en un tráiler descubierto.

 

Belman: experiencia demostrada en juntas de expansión de grandes dimensiones

Con más de 30 años de experiencia en diseño y fabricación de juntas de expansión, Belman ha diseñado, fabricado y suministrado de forma experta numerosas construcciones y juntas de expansión de grandes dimensiones. Contando con las instalaciones, capacidades, conocimientos técnicos y destreza, nuestro personal experimentado ha garantizado entregas exitosas al cliente de construcciones de grandes dimensiones para diversas industrias y aplicaciones. Algunos ejemplos destacados son una junta de expansión DN 2800 de 10 metros de longitud y 40 toneladas de peso para una planta siderúrgica, así como una junta de expansión autocompensada “finger type” DN 2500 de 4 metros de longitud con un fuelle de compensación DN 3800.