Análise de vibração induzida pelo fluxo de gases em caldeira de recuperação de calor

Resumo

Análise de vibração induzida pelo fluxo de gases em caldeira de recuperação de calor

Eng. Dr. Afonso Santos Verges PETROBRÁS- ABAST-REF/REVAP-MI/IE

Eng. Mário Okawa PETROBRÁS- ABAST-REF/RECAP

Prof. Dr. Paulo Roberto Gardel Kurka UNICAMP-FEM-DPM

        

O presente artigo visa descobrir a fonte de vibração em uma caldeira de recuperação da Refinaria de Capuava-RECAP, que apresenta um ruído e vibração excessiva quando o fluxo de gases através da mesma é superior a 85% da vazão prevista no projeto.

Foi registrada a frequência de vibração através de medidas com acelerômetros e comparada com a banda de frequência gerada pelo fluxo de gases através do feixe de tubos da seção de recuperação de calor, assim descobrindo que a frequência de vibração da estrutura está muito próxima da frequência principal da gerada pelos gases, caracterizando um fenômeno de vibração induzida pelo fluxo.

Para identificar qual o componente da caldeira que apresenta um frequência natural próxima da frequência medida foi utilizada uma técnica de identificação de fonte de ruído através do mapeamento da intensidade sonora. Assim pode-se identificar a região da fonte de vibração e ruído com a caldeira em operação e então, elaborar um modelo de elementos finitos apenas da região de interesse para identificar o componente responsável pela vibração excessiva da caldeira.

Assim observou-se que a vibração e ruído eram mais intensos na região superior da caldeira. A vibração da chapa de cobertura das tubulações de entrada e saída do economizador era tão intensa que não permitia o acoplamento do acelerômetro de base magnética. A rigidez desta chapa foi alterada instalando nervuras em toda a sua extensão. A vibração e o ruído oriundos desta chapa foram eliminados. Entretanto, continuou a ocorrer vibração e ruído ao longo da caldeira para vazão de gás superior a 85 % da vazão de projeto.

O mapeamento da fonte de ruído aponta como elemento gerador da instabilidade as serpentinas do evaporador. Esta conclusão foi confirmada através da medição da resposta em frequência. Para determinar qual o modo de vibração da serpentina que está sendo excitado recomendamos a modelagem da mesma através de elementos finitos. Após identificação do modo, alterar vínculos da estrutura com a instalação de chicanas de concreto, por ser um excelente material de amortecimento ou absorção de vibração.