Calculo Fund Tgs

Sophus Y&V

Page 1 of 48

Sophus

Gestin del Conocimiento [Cerrar sesin]

Usuario: Francisco Avila Pgina principal > Sophus

Metod para el diseo de las fundaciones de los turbogeneradores, Complejo Generador TermocentroDisciplina: Estructuras N Versin: 28 N Visitas: 32

COMPLEJO GENERADOR TERMOCENTRO PLANTA EL SITIO

METODOLOGIA PARA EL DISEO DE LA FUNDACION DE LOS TURBOGENERADORES.

1.-

INTRODUCCIN

La crisis elctrica que ha sufrido Venezuela durante el ao 2010 tiene varias causas entre las cuales se puede citar el dficit de capacidad de generacin que se estima en alrededor 6.000 MW; la insuficiencia del sistema de transmisin, la falta de mantenimiento de las plantas generadoras, lneas de transmisin, subestaciones y de las redes de distribucin. Para iniciar la recuperacin del sistema de generacin elctrica La Electricidad de Caracas inici el desarrollo del Proyecto IPC Complejo Generador Termocentro Planta El Sitio ubicado en la localidad El Sitio, municipio Paz Castillo del Estado Miranda, entre las poblaciones de Santa Teresa y Santa Lucia, a 40 Km. al sureste de Caracas. El complejo consiste en una Planta Termoelctrica en Ciclo Combinado, la cual estar conformada por tres islas de potencia. Inicialmente cada isla de potencia funcionar en Ciclo Simple con dos unidades de turbogeneradores duales (gas-diesel), con facilidades para ampliarse en una segunda etapa a ciclo combinado (gas-vapor) hasta aproximadamente 540 MW, con un arreglo 2x1. Estos grupos de Turbogeneradores consumirn gas natural como combustible. Para la construccin de dicha Planta se seleccion al Consorcio UTE conformado por la Empresas Duro Felguera, empresa espaola especialista en construccin de Plantas Termoelctricas a nivel mundial y Empresas Y&V Ingeniera y Construccin quien ha tenido a su cargo el desarrollo de la Ingeniera y la construccin de obras Civiles. Duro Felguera tiene en su alcance el montaje y puesta en marcha de los equipos mecnicos y elctricos del Complejo Generador Planta el Sitio. Desde el arranque del proyecto, la Gerencia del Proyecto por Empresas Y&V consider como un riesgo a mitigar el diseo de las fundaciones requeridas para soportar los equipos dinmicos que conformaran cada una de las islas de potencia pues estos son los equipos principales para el funcionamiento de la planta. Se consider la subcontratacin de especialistas externos para desarrollar este clculo pero el tiempo de trabajo ofrecido por ellos sobrepas con creces el tiempo disponible en una planificacin muy ajustada. Como una solucin se decidi la contratacin de Ingenieros asesores externos con experticia en Estructuras, Ing. Antonio Gell y en Geotecnia, Ing. Jos Parra quienes asesoraron al equipo de Ingeniera Estructural de Empresas Y&V. Esto represent un gran reto para la Gerencia de Ingeniera Civil encabezada por los Ingenieros Heriberto Echezuria, Jess Crdenas, mi persona y todos los que formamos parte de ese equipo pionero en el diseo de este tipo de estructuras en Empresas Y&V, dado que no exista experiencia previa en el clculo de equipos vibratorios a travs del software STAADPRO y ha servido como aporte a proyectos posteriores de revisin de diseos como el proyecto INGENIERA DE DETALLE IV TREN SAN JOAQUN, y a los que se inician de similares caractersticas tales como el

http://apps.og.com.ve/proyectos/yv/Sophus/Aporte.aspx?id=97

11/22/2010

Sophus Y&V

Page 2 of 48

proyecto IPC INSTALACION Y PUESTA EN MARCHA DE TURBOGENERADORES Y EQUIPOS ASOCIADOS AL CENTRO DE GENERACION JOSE para los cuales hemos fungido de asesores internos gracias al know how adquirido durante el desarrollo del Proyecto Termocentro lo cual contribuir con creces al desarrollo de experticia en Empresas Y&V para el diseo de este tipo de fundaciones de manera que el conocimiento queda en la empresa y no en las personas. 2.OBJETIVO

El objetivo principal del presente trabajo es presentar una metodologa para el clculo de fundaciones que soportan equipos vibratorios del tipo centrifugo (Turbogeneradores) y mostrar el seguimiento de la etapa constructiva a la fecha de hoy en que se desarrolla la construccin de la planta. Como paso inicial al diseo se calibr el mdulo Dinmico del software de diseo estructural Staad-Pro con la finalidad de probar su eficiencia y confiabilidad en los resultados. Este procedimiento se llev a cabo comparando los resultados obtenidos con el uso del Stad-Pro y el SAP2000, para un modelo idntico. Se constat que los resultados obtenidos son Staad-pro eran perfectamente confiables y se decidi tomarlo como software de diseo. El diseo de la fundacin se hizo sobre pilotes dadas las recomendaciones contenidas en el estudio geotcnico y la rapidez constructiva que se necesitaba, as pues dadas las implicaciones en cuanto a confiabilidad que revisti la construccin de esta planta, se hizo la adquisicin de otros softwares como el Dyna-N y L pile para el anlisis del conjunto fundacin pilotes-suelo y as complementar los resultados obtenidos con el STAAD-PRO. Con la finalidad de est al alcance de todos los profesionales de la Empresa, el conocimiento y la experticia obtenida sobre el tema, el Ing. Jess Cardenas y mi persona elaboramos este documento 3.DESCRIPCION DE LA METODOLOGIA USADA

Los criterios de Diseo estructural aplicables a la fundacin del turbogenerador, pueden catalogarse en tres grupos: 1.- Requisitos de Respuesta Dinmica: Los equipos a soportar en las fundaciones pueden inducir sobre las mismas fuerzas cclicas producto de su operacin y desbalances. Es importante que estas respuestas sean moderadas y que no afecten la integridad de la estructura y el suelo que la soporta, y que no puedan perjudicar la estabilidad y operacin de los equipos. Por lo tanto se tienen restricciones en cuanto a los perodos propios de vibracin principales del sistema suelo-fundacin; este aspecto tambin se ha estudiado analizando los efectos de amplificacin dinmica para excitaciones armnicas. 2.- Requisitos de Rigidez: conforme a los requerimientos de los fabricantes de los equipos, se tienen lmites a los desplazamientos relativos que pueden permitirse entre los apoyos de sus diferentes componentes, para las condiciones de operacin. 3.- Requisitos de Resistencia Estructural: la fundacin, cumpliendo su funcin de transferir las cargas de los equipos y su peso propio, al sistema de fundacin debe poseer una resistencia estructural adecuada para garantizar su integridad y un detallado apropiado, para evitar que se presenten efectos de agrietamiento que puedan limitar su durabilidad. Igualmente puede incluirse en este grupo de requisitos la integridad del suelo, ya que los modelos permiten determinar las presiones aplicadas sobre el mismo, o las fuerzas sobre los pilotes de un sistema de fundaciones profundas, y estos aspectos requieren una evaluacin por el Ingeniero de suelos, desde el punto de vista de la capacidad resistente. Como primer objetivo especfico se calibr la tcnica usada para preparar modelos dinmicos, implementando en primer lugar una serie de modelos muy simples de problemas cuya respuesta dinmica analtica era conocida, usando diferentes tipos de elementos que despus se aplic a los modelos de la fundacin. Los resultados fueron ampliamente satisfactorios, usando programas STAAD-PRO y SAP 2000. La geometra del bloque de fundacin dimensionado es una estructura de concreto armado, de planta rectangular, con un largo de 31.5 m y ancho de 7.40 m y un espesor de 2.00 m Se estudiaron dos alternativas en cuanto al sistema de fundacin, considerando una fundacin directa sobre el suelo, y contemplando en una segunda alternativa el uso de pilotes.


11/22/2010

Sophus Y&V

Page 3 of 48

Para satisfacer los objetivos antes enumerados, se implementaron una variedad de modelos estructurales, que pueden incluirse dentro de dos categoras: 1.- Modelos con Elementos slidos: en este modelo se usaron elementos finitos tridimensionales elsticos, para modelar tanto el bloque de fundacin propiamente dicho, as como los suelos en una regin amplia de su alrededor, tanto en profundidad como en planta, que se ha considerado adecuada para modelar apropiadamente la respuesta del sistema suelo-fundacin. Las propiedades de los materiales aplicadas a este modelo representan el concreto armado del bloque, y las caractersticas del suelo, mediante el uso de diferentes propiedades elsticas, que reflejan la variacin de propiedades con la profundidad, conforme a los resultados disponibles de la exploracin del subsuelo.

Este modelo se ha aplicado principalmente, al estudio de los modos de vibracin del sistema formado por el suelo y el bloque de fundacin, y a los fines de determinar los efectos de amplificacin dinmica por excitaciones armnicas.


11/22/2010

Sophus Y&V

Page 4 of 48

En el caso de fundacin directa se determin el mdulo de balasto vertical (Kv) colocando una carga uniforme de 1000 kg/m2 sobre el bloque de fundacin. Los resultados obtenidos son los siguientes:

2.- Modelos basados en elementos finitos tipo Concha para representar el bloque de fundacin, apoyados sobre una fundacin elstica, con un mdulo de balasto apropiado. El modelo incluye el uso de pilotes representados por elementos tipo viga con resortes elsticos aplicados en los puntos apropiados de los mismos. Este modelo se ha aplicado principalmente para evaluar las deformaciones de la fundacin, el cumplimiento de los criterios de deformacin y las necesidades de acero de refuerzo en la estructura, es decir para el criterio de resistencia.


11/22/2010

Sophus Y&V

Page 5 of 48

Los resultados obtenidos en los modelos evaluados se consideraron ampliamente satisfactorios. Desde el punto de vista del estudio dinmico, se encontr que las frecuencias propias del sistema bloque-fundacin se encuentran ampliamente por debajo de las frecuencias crticas recomendadas por el fabricante de los turbogeneradores; los valores obtenidos en el modelo con pilotes son algo ms elevados, pero aun se encuentran fuera del rango de peligro. 4.CALCULO DE LA FUNDACIN DE LOS TURBOGENERADORES "COMPLEJO GENERADOR TERMOCENTRO PLANTA EL SITIO" 4.1. Modelo matemtico del bloque central

5.-

DATOS GENERALES 5.1. Datos del equipo

Los datos del equipo fueron suministrados por Siemens-Westinghouse, referentes al suelo, los valores de regencia se presentan a continuacin. Frecuencia de Vibracin: .- Critica N1 = 1199 RPM .- Critica N2 = 810 RPM


11/22/2010

Sophus Y&V

Page 6 of 48

.- Critica N3 = 2949 RPM .- Critica N4 = 2306 RPM .- F. de Operacin = 3600 RPM Para evitar el fenmeno de resonancia, se diseo una fundacin que en conjunto con el suelo, los equipos y todos sus componentes estructurales, posea una frecuencia de vibracin del rango comprendido entre 2520 y 4680 RPM, esto en concordancia con lo que se expresa en el documento Foundation Design Basis W501FD3 & SGEN6-1000A (16.5) provisto por el fabricante. .- Peso del Rotor del generador = 108 Kips (48.040 kg) .- Peso del Rotor de la Turbina = 110 Kips (48.920 kg 5.2. Geometra y cargas estticas de la fundacin y los equipos


11/22/2010

Sophus Y&V

Page 7 of 48

5.3.

Criterios de diseo

5.4.

Determinacin de los momentos de Inercia


11/22/2010

Sophus Y&V

Page 8 of 48


11/22/2010

Sophus Y&V

Page 9 of 48

5.5.

Coordenadas y disposicin de los pilotes

Se colocaron 36 pilotes del tipo rotados y vaciados en sitio, de dimetro =0.80 m y una longitud= 14 m. Para verificar que los pilotes no presentaran fallas constructivas se realiz un ensayo de integridad a cada uno, el cual consiste en transmitir una onda ultrasonido a lo largo del pilote y as verificar que no haya estrangulamiento y el vaciado sea uniforme y completo. Result un mtodo novedoso y bajo en costos en comparacin con los ensayos destructivos indicados por la Norma Covenin.


11/22/2010

Sophus Y&V

Page 10 of 48

6.-

CARGAS DE DISEO

La fundacin segn el fabricante deberia ser diseada para cargas de operacin de buen y mal funcionamiento descrito en la siguiente seccin (segn el documento Foundation Design Basis W501FD3 & SGEN-1000A ZDX559-XS01-MB-200300 de Siemens): En la siguiente tabla se presenta la descripcin de las cargas Nombre de la carga Dead Loads PipingReactions Live Loads (LL) Wind Loads (WL) Descripcin de la carga and Nomenclatura (DPL) (LL) (WL/SL) (EE) (EF)

Carga muerta del equipo y reacciones de tuberas producidas por la turbina, vienen dadas en los planos del fabricante

Carga viva, indicadas en los planos del fabricante. Carga de Viento segn planos del fabricante

EarthquakeForces (EE) Carga Ssmica segn planos del fabricante Equipment Forces (EF) Magnitud de las fuerzas de la mquina y se toman de la tabla 2 Normal Machine Unbalance Load (NUB) Fuerza desbalanceada durante la rotacin de partes en el equipo que debern ser tomadas por la fundacin. Esta fuerza centrifuga se produce cuando el eje de rotacin no coincide con el centro de masa de la masa rotatoria. La mxima excentricidad del generador de la turbina est limitado por los valores que se muestran en la tabla 1. La magnitud de la fuerza que da el fabricante en la tabla No.2 est basada en el

(NUB)


11/22/2010

Sophus Y&V

Page 11 of 48

movimiento mximo obtenido en la velocidad de operacin. La fuerza de rotacin es aplicada Radialmente en el exterior de la lnea central en cualquiera de las direcciones de 0 a 360. Generator Emergency Torque (SCT) RotorBlade Loss (RBL) Desbalance severo Generator Thermal LoadFuerza trmica del generador. (GTL) Out-Of-Phase Synchronization (OOP) Normal (NTL) Torque LoadTorque para funcionamiento normal del equipo. Este valor depende de la velocidad de rotacin y de la potencia de salida, de los componentes rotacionales. Foundation design equipment loads En la siguiente tabla se presenta las cargas estticas aplicadas a la fundacin del turbogenerador Normal Speed (RPM) 3600 Starting 2988 2988 Location A 3600 2988 GeneratorLocation B 3600 NTL In Kip *264 (29.8) *264(29.8) 792(89.5) --6968 (787) NUB Kips 5.3 (23.6) 5.3(23.6) 5.3(23.60) 59.3(263.8) 40.6 (180.5) ---38351 (4333) ----55235 (6241) -Abnormal SCT In-Kip -RBL Kips -OOP In-Kip (NTL) Sincronizacin fuera de fase. (RBL) (GTL) (OOP) Torque del generador de emergencia (corto circuito (SCT)

2988

--

--

Location C

3600 2988

--5517 (623)

59.3(263.8) 40.6 ( 180.5) 122.1 (543) --

--

Combustion

3600

390.7 (1737.8)

Turbine

2988

552 (62.4)

147.2

--

--


11/22/2010

Sophus Y&V

Page 12 of 48

(655) Nota: las medidas entre parntesis en la tabla son en KN 7.CARGAS DE DISEO

Las Combinaciones de Carga son las indicadas en el documento del Fabricante (Siemens) ZDX559-XS01MB-200300. Operacin Normal del turbogenerador, esta combinacin incluye las cargas que actan durante la operacin normal de la maquina, Operacin Anormal estas combinaciones toman en cuenta las cargas accidentales Dinmicas, las cuales son poco probables que ocurran durante la vida til de la Planta. Las cargas accidentales incluye Accidente en el Generador, accidente en la Turbina y el Sismo. 7.1. COMBINACIONES DE CARGA DE SERVICIO 7.1.1. Condicin Normal de operacin

DPL + LL + NTL + NUB + GTL + WLX DPL + LL + NTL + NUB + GTL - WL X DPL + LL + NTL + NUB + GTL + WLZ DPL + LL + NTL + NUB + GTL - WL Z 7.1.2. a) Condicin Anormal de operacin

Accidente en el Generador

DPL + LL + NUB + (SCT ) + GTL + NTL solo la Turbina DPL + LL + NUB + (OOP) + GTL + NTL solo la Turbina b) Accidente en la Turbina

DPL + LL + NTL + RBL + NUB solo el Generador c) Carga Ssmica

DPL + LL + NTL + NUB + GTL + EEX DPL + LL + NTL + NUB + GTL - EEX DPL + LL + NTL + NUB + GTL + EEY DPL + LL + NTL + NUB + GTL - EEY DPL + LL + NTL + NUB + GTL + EEZ DPL + LL + NTL + NUB + GTL - EEZ 7.2. 7.2.1. COMBINACIONES DE CARGAS MAYORADAS Condicin normal de Operacin

1.2DPL + 1.6LL + NTL + NUB + 1.2GTL 1.2 (DPL) + 1.0 (LL) + NTL + NUB + 1.2GTL + 1.3WLX 1.2 (DPL) + 1.0 (LL) + NTL + NUB + 1.2GTL 1.3WLX 1.2 (DPL) + 1.0 (LL) + NTL + NUB + 1.2GTL + 1.3WLZ


11/22/2010

Sophus Y&V

Page 13 of 48

1.2 (DPL) + 1.0 (LL) + NTL + NUB + 1.2GTL 1.3WLZ 1.2 (DPL) + 1.2 (LL) + NTL + NUB + 1.2GTL + 0.8WLX 1.2 (DPL) + 1.2 (LL) + NTL + NUB + 1.2GTL 0.8WLX 1.2 (DPL) + 1.2 (LL) + NTL + NUB + 1.2GTL + 0.8WLZ 1.2 (DPL) + 1.2 (LL) + NTL + NUB + 1.2GTL 0.8WLZ 1.2DPL + 1.0LL + NTL + NUB + 0.8WLX 1.2DPL + 1.0LL + NTL + NUB - 0.8WLX 1.2DPL + 1.0LL + NTL + NUB + 0.8WLZ 1.2DPL + 1.0LL + NTL + NUB - 0.8WLZ 7.2.2. Condicin Anormal de Operacin

a) Accidente en el generador 1.2 (DPL) + 1.6 (LL) + NUB + (SCT o OOP) + 1.2GTL + (NTL solo la Turbina) b) Accidente en la Turbina 1.2 (DPL) + 1.6 (LL) + NTL + RBL + (NUB solo el Generador) c) Carga Ssmica 0.9DPL + NTL + NUB + 1.0 EEX 0.9DPL + NTL + NUB 1.0 EEX 0.9DPL + NTL + NUB + 1.0 EEY 0.9DPL + NTL + NUB 1.0 EEY 0.9DPL + NTL + NUB + 1.0 EEZ 0.9DPL + NTL + NUB 1.0 EEZ 1.2DPL + 1.0 LL + NTL + NUB + 1.0GTL + 1.0 EEX 1.2DPL + 1.0 LL + NTL + NUB + 1.0GTL - 1.0 EEX 1.2DPL + 1.0 LL + NTL + NUB + 1.0GTL + 1.0 EEY 1.2DPL + 1.0 LL + NTL + NUB + 1.0GTL - 1.0 EEY 1.2DPL + 1.0 LL + NTL + NUB + 1.0GTL + 1.0 EEZ 1.2DPL + 1.0 LL + NTL + NUB + 1.0GTL - 1.0 EEZ 8.CARGAS DE DISEO

De acuerdo con el estudio de suelo realizado por A.I.G. AMUNDARAY INGENIERIA GEOTECNICA C.A. a la zona donde se ubica la Planta se encuentra sedimentos pertenecientes a la Formacin Tuy de la edad Mioceno Superior al Plioceno segn Picard y Pimentel (1986). En general, el subsuelo del rea estudiada est constituido por arcillas de baja plasticidad (CL), arenosas o limosas, con presencia ocasional de estratos de arena arcillosa (SC) y arena arcillo-limosa (SC-SM), as como tambin de capas de espesores de hasta 7 m de arcillas de alta plasticidad (CH). Este suelo se


11/22/2010

Sophus Y&V

Page 14 of 48

encuentra subyacente a, un relleno conformado por arcillas arenosas o limosas, el cual presenta espesores variables entre 0,5 m y 4,5 m, la densidad promedio del suelo utilizada es de 2200 Kg./m3. El nivel fretico fue detectado a 15 m de profundidad, este dato fue confirmado con el estudio hidrogeolgico (AIG-2009-117-IF-Hidrogeologa) con la colocacin de tubos piezomtricos en las perforaciones P-4, P-6, P-8, P-10 y P-12, todas ellas de cotas similares. 8.1. Calculo de los parmetros dinmicos del suelo

Para determinar las constante de resorte horizontal, se construyeron las curvas p-y a cada metro hasta llegar a 6 m de profundidad, utilizando el software LPILE PLUS 5.0. A partir de la profundidad de 6 m se considera que el pilote se encuentra empotrado. Para determinar el valor del parmetro del resorte horizontal (K) se necesita conocer la deflexin del pilote en la profundidad a la cual se genera la curva p-y, una vez conocido este valor, se calcula la pendiente de la curva donde esta deflexin (eje de las abscisas) corta con la curva p-y. Los valores de K obtenidos se muestran en la siguiente tabla: Perforacin P-4 Prof. Referidas curvas p-y (m) 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 lasValores de yValor de (m) (kN/m) 2.19E-04 2.33E-05 1.60E-05 6.95E-06 2.52E-07 6.00E-07 132.00 39.00 46.00 35.00 2.00 6.08 de pConstante horizontal (kN/m2) 600,709.00 1,665,680.00 2,886,599.00 5,035,209.00 9,836,051.00 10,122,131.00 resorte

El modelo geomecnico utilizado, consiste en colocar estratos de espesor variable, idealizados como materiales elsticos homogneos con propiedades obtenidas a partir de resultados de los ensayos tipo downhole, las cuales se muestran en la tabla siguiente:

Los valores de G utilizados corresponden al 85% de los valores medidos directamente del ensayo Downhole y a deformaciones muy pequeas. La degradacin del modulo se estim a partir del ndice de plasticidad de los distintos estratos identificados y en las curvas propuestas obtenidas a su vez de los trabajos de Dobry, Vucetic y otros.


11/22/2010

Sophus Y&V

Page 15 of 48

9.-

CONSIDERACIONES DE DISEO

El objetivo principal de la simulacin consiste en la excitacin real del sistema mquina-bloque de inerciasuelo en su funcionamiento, con todos los casos posibles de combinaciones reales de trabajo del equipo, para comprobar que el sistema no entra en resonancia bajo ningn concepto posible, obteniendo: El modelo geomtrico y el modelo dinmico para la estimulacin del sistema, Masa de amortiguamiento indispensable para conformar un sistema no resonante (distribucin de las masas de amortiguamiento en la fundacin). Obtencin de las frecuencias naturales del sistema, y comparacin con las frecuencias administrables para el tipo de equipo a instalar. Obtencin de los modos de vibracin del sistema mediante la excitacin del mismo, y comparacin con los rasgos no deseables. 1. BALANCEO EN X 2. TRASLACION EN Z 3. MEZCLA DE MODOS 4. BALANCEO EN Z 5. TRASLACION EN Y 6. MEZCLA DE MODOS Todo esto se hace imprescindible para excluir los defectos indeseables de la resonancia en el trabajo en conjunto del sistema equipo-fundacin- -suelo y medio circundante. Si se asume que el suelo de fundacin es una masa elstica susceptible de deformarse en compresin y corte, se pueden analizar las vibraciones de la fundacin, acompaadas por desplazamientos verticales, horizontales y rotacin en forma simultanea. 10.CHEQUEO DE LOS CRITERIOS DE DISEO

Condicin Esttica En condiciones estticas la tensin admisible: a(est) < adm (adm)= 2.5 K/cm2 Condiciones Dinmicas De acuerdo a: ZDX559-XS01-MB-200300 FOUNDATION DESIGN BASIS W501FD3 & 2-SGEN6-1000A (16.5) tenemos:


11/22/2010

Sophus Y&V

Page 16 of 48

La masa rotatoria del Generador y la turbina es: MAXIMUM WEIGHTS OF ROTATING COMPONENT

Generator Rotor

108 Kips (480.4 kN)

Turbine Bladed Rotor

110 Kips (489.2 kN)

Requerimientos de desplazamientos permisibles indicados por el fabricante (Siemens) a cumplir por el sistema:

AT SPEEDS OF2988 RPM (1) AND AT SPEEDS UNDER OVER 2988 RPM (1) X Generator Support (Exciter End) Generator Support (Turbine End) Turbine Support (Inlet End) Turbine Support (Exhaust End) Nota: Las medidas entre parntesis estn dadas en milmetros Chequeo de Desplazabilidad .0105 in. (.254) .006 in. ( .1524) .0105 in. (.254) .006 in. ( .1524) .010 in. ( .254) .006 in. ( .1524) .010 in. (.254) X .006 in. ( .1524)


11/22/2010

Sophus Y&V

Page 17 of 48


11/22/2010

Sophus Y&V

Page 18 of 48

11.-

CHEQUEO DE LOS CRITERIOS DE DISEO

A continuacin se presenta un resumen de los valores ms representativos de la salida del clculo automatizado. 11.1. 11.1.1. Turbogenerador Reacciones Sobre los Pilotes

En la siguiente tabla se presenta las mximas reacciones sobres los Pilotes, obtenidas de la salida del STAAD-PRO los cuales se disearon como columna.


11/22/2010

Sophus Y&V

Page 19 of 48

11.1.2.

Resumen y chequeo de las Frecuencia Mximas de Resonancia

A fin de evitar el fenmeno de resonancia durante la operacin del turbogenerador, se diseo una fundacin que en su conjunto con el suelo, los equipos y todos sus componentes estructurales, posea una frecuencia de vibracin que est fuera del rango 2520 a 4680 RPM segn requerimiento del fabricante . Del anlisis dinmico realizado con el programa Staad Pro se obtuvieron las frecuencias naturales para los modos del 1 al 6:

Donde el modo 1 corresponde a la amplitud rotacional segn el eje longitudinal y el modo 5 a la amplitud traslacional vertical, por lo tanto las frecuencias seran: Fn = 15.549 Hz = 932.94 RPM (amplitud traslacional vertical) Fn = 11.397 Hz = 683.82 RPM (amplitud rotacional segn el eje longitudinal) Frecuencia natural mxima, Fn = 932.94 < 2520 RPM => OK


11/22/2010

Sophus Y&V

Page 20 of 48

LOAD 15 MODE SHAPE 1 (ROCKING)

LOAD 15 MODE SHAPE 5 (TRASLATION VERTICAL)


11/22/2010

Sophus Y&V

Page 21 of 48

MAXIMUM TIME DISPLACEMENT X, Y, Z


11/22/2010

Sophus Y&V

Page 22 of 48

En el grfico anterior se presentan las mximas amplitudes, siendo la mxima amplitud vertical ~ 18x10-3 mm. 11.1.3. Chequeo del Cortante

En la siguiente tabla se presenta los mximas esfuerzos cortantes.

Chequeo del Corte:

= 7.54 Kg/cm2 mx. Qx = 3.300 Kg/cm2 OK 11.1.4. Diseo de Acero de Refuerzo.

Dado la relacin de aspecto del bloque de fundacin, este se considera un elemento rgido y como tal no posee flexin, por lo cual, todos los esfuerzos son de corte y axiales, los cuales son soportados con creces con la nica inclusin del acero mnimo de retraccin y temperatura, por lo cual, este ser el armado del bloque; en este caso el acero mnimo ser: 0.0018bt=0.0018100200= 36cm2 Esta cuanta de acero se decidi repartirla de la siguiente manera: 1 @ 40 cm. + 1 3/8 @ 40 cm., en ambos sentidos 12.PROGRAMAS UTILIZADOS

Para el modelo Esttico se utiliz el Programa: STAAD-PRO 2006 mdulo de elementos finitos. Para el modelo dinmico se utiliz el Programa: STAAD-PRO 2006 mdulo de elementos finitos, seccin Time History Definitions. A continuacin se presenta un extracto del archivo de entrada de datos del programa, mostrando las secciones relativas a la utilizacin del mdulo dinmico.

Definicin del time history: DEFINE TIME HISTORY


11/22/2010

Sophus Y&V

Page 23 of 48

******GENERADOR**** **El valor de la amplitud para FORCE=1 es la carga Dinmica** * del rotor de la turbina 48920 Kg ** TYPE 1 FORCE FUNCTION SINE AMPLITUDE 48920 RPM 3600 PHASE 0 CYCLES 100 STEP 1 *****TURBINA***** *El valor de la amplitud para FORCE=2 es la carga Dinmica** * del rotor del generador 48040 Kg* TYPE 2 FORCE FUNCTION SINE AMPLITUDE 48040 RPM 3600 PHASE 0 CYCLES 100 STEP 1 ARRIVAL TIME 01 DAMPING 0.02 Definicin de la carga dinmica: MODAL CALCULATION REQUEST LOAD 16 DINMICA * LAS CARGAS APLICADAS CORRESPONDEN AL PESO DE LA * * * * * * *FUNDACION Y DE LOS EQUIPOS PARA LA GENERACION DE LA * * * * * MATRIZ MASA**** * LAS JUNTAS 2578 Y 2562 CORRESPONDEN AL PUNTO DE **** * APLICACIN DE LAS CARGAS DINAMICAS DE LA TURBINA Y DEL * * * GENERADOR RESPECTIVAMENTE*** * CARGAS EN DIR. X*** SELFWEIGHT X 1 JOINT LOAD 2578 FX 126460 2515 FX 98260 692 FX 1090 764 FX 407.886 725 FX 4760 396 FX 1360 581 FX 1178.79


11/22/2010

Sophus Y&V

Page 24 of 48

869 875 941 FX 272.264 864 954 1231 1321 FX 1795 876 936 1243 1303 FX 1346 1047 1137 FX 2693 1416 1500 3706 3791 FX 1720 1434 1476 FX 544 UNIT METER KN 692 FX 4.36 694 FX 3.69 515 FX 7.47 512 FX 9.56 333 FX 6.27 330 FX 18.33 861 1041 1222 FX 35.59 1056 FX 3.56 UNIT METER KG 2562 FX 190430 * CARGAS EN DIR. Y * SELFWEIGHT Y 1 ******************** JOINT LOAD 2578 FY 126460 2515 FY 98260 692 FY 1090 764 FY 407.886 725 FY 4760 396 FY 1360 581 FY 1178.79 869 875 941 FY 272.264 864 954 1231 1321 FY 1795 876 936 1243 1303 FY 1346 1047 1137 FY 2693


11/22/2010

Sophus Y&V

Page 25 of 48

1416 1500 3706 3791 FY 1720 1434 1476 FY 544 UNIT METER KN 692 FY 4.36 694 FY 3.69 515 FY 7.47 512 FY 9.56 333 FY 6.27 330 FY 18.33 861 1041 1222 FY 35.59 1056 FY 3.56 UNIT METER KG 2562 FY 190430 * CARGAS EN DIR. Z * SELFWEIGHT Z 1 ********************** JOINT LOAD 2578 FZ 126460 2515 FZ 98260 692 FZ 1090 764 FZ 407.886 725 FZ 4760 396 FZ 1360 581 FZ 1178.79 869 875 941 FZ 272.264 864 954 1231 1321 FZ 1795 876 936 1243 1303 FZ 1346 1047 1137 FZ 2693 1416 1500 3706 3791 FZ 1720 1434 1476 FZ 544 UNIT METER KN 692 FZ 4.36


11/22/2010

Sophus Y&V

Page 26 of 48

694 FZ 3.69 515 FZ 7.47 512 FZ 9.56 333 FZ 6.27 330 FZ 18.33 861 1041 1222 FZ 35.59 1056 FZ 3.56 UNIT METER KG 2562 FZ 190430 * CARGAS VARIABLES EN EL TIEMPO* TIME LOAD 2578 FX 1 2 1.000000 2578 FZ 1 2 1.000000 2578 FY 1 2 1.000000 2562 FX 2 2 1.000000 2562 FZ 2 2 1.000000 2562 FY 2 2 1.000000 Para verificar el calculo realizado con el STAAD-PRO se utiliz el software DYNA N 2.0 el cual realiza Anlisis Dinmico de equipos Vibratorios mediante mtodos Analticos A continuacin se explica en detalle el calculo a travs del DYNA N 2.0 12.1. Descripcin del Programa DYNA-N 2.0

El programa se fundamenta en mtodos analticos avanzados verificados con ensayos de fundaciones reales. Este se basa en el mtodo desarrollado por Novak, el cual considera los efectos de la masa de suelo en el contorno de la fundacin. Analiza la respuesta dinmica de fundaciones superficiales o profundas sometidas a vibraciones armnicas generadas por equipos rotativos o reciprocantes, adems permite considerar los efectos de cargas producidas por el viento, terremotos, explosiones, olas y otras fuentes. Las fundaciones son consideradas como cuerpos rgidos acoplados con seis grados de libertad. Calcula las constantes de resortes y de amortiguamiento del suelo, las cuales pueden utilizarse posteriormente en un anlisis de interaccin suelo-estructura con un programa de anlisis estructural por elementos finitos como Staad Pro o el SAP 2000. El programa permite analizar cuatro tipos de fundaciones: fundaciones en un semiespacio homogneo, fundaciones sobre un estrato homogneo, fundaciones embebidas en un suelo estratificado y fundaciones sobre pilotes. Permite analizar suelos estratificados y se puede considerar una zona de relajamiento, de las propiedades del suelo, en el contorno de la fundacin. Se realizaron pruebas a escala real del comportamiento de fundaciones superficiales y de fundaciones sobre pilotes sometidas a cargas dinmicas con el fin de calibrar los modelos matemticos utilizados en la interaccin suelo-estructura.


11/22/2010

Sophus Y&V

Page 27 of 48

En el anlisis de fundaciones que vibran en rangos de frecuencias bajas se puede considerar la rigidez del suelo constante y el amortiguamiento lineal, por lo cual, el programa limita el anlisis de la fundacin de modo que el valor de la frecuencia adimensional Ao = r / Vs sea menor que 0.3, donde es la frecuencia circular en rad/seg, r es el radio del pilote en m y Vs la velocidad de onda de corte en m/seg. La rigidez dinmica del suelo es muy cercana a la rigidez esttica en los rangos de baja frecuencia. Las propiedades del suelo requeridas por el programa Dyna N 2.0 se muestran en la tabla a continuacin: Profundidad estrato (m) 0a4 4a5 5a9 9 a 13 del Peso Unitario (Ton/m3) 2.17 2.08 2.07 2.09 Mdulo Corte (Ton/m2) 9734 10419 10084 17484 de Velocidad Onda (m/seg) 210 222 218 286 0.39 0.42 0.43 0.34 de Mdulo Possion de

Amortiguamiento = 0.035 Relacin entre el mdulo de corte G y la velocidad de onda Vs siendo g la aceleracin de gravedad y el peso unitario del suelo.

12.1.1.

Datos de Entrada


11/22/2010

Sophus Y&V

Page 28 of 48


11/22/2010

Sophus Y&V

Page 29 of 48

12.1.2.

Resultados

Los resultados del anlisis realizado por el programa se presentan en forma tabulada y en grficos. Consideramos que para los fines de este trabajo son de mayor utilidad los grficos que las tablas. En base a la informacin contenida en los grficos podemos determinar los factores de amplificacin dinmica, la frecuencia natural de la fundacin y las amplitudes mximas permisibles. Ver grficos de amplitud traslacional y rotacional en la secciones 4.2.4 y 4.2.5 respectivamente.


11/22/2010

Sophus Y&V

Page 30 of 48

12.1.3.

Factores de amplificacin dinmica

La respuesta dinmica de las fundaciones se evala en trmino de los factores de amplificacin dinmica para los distintos tipos de movimiento que puede tener el bloque de fundacin al ser sometido a las cargas dinmicas producidas por la operacin de los turbogeneradores. En particular se consider la traslacin vertical y la rotacin alrededor de un eje horizontal por el centro de masa de la fundacin (cabeceo o rocking). No se consider la traslacin horizontal ni la rotacin alrededor de un eje vertical (torsin) debido a que tpicamente no son importantes en la respuesta ante cargas producidas por turbogeneradores. El factor de amplificacin dinmica (Fad) se define como el cociente entre la amplitud de la respuesta dinmica y la respuesta esttica ante una carga de igual amplitud que la dinmica. En general el Fad es funcin de la frecuencia de la excitacin, la geometra y masa de la fundacin, la rigidez y densidad del material de fundacin y el tipo de movimiento considerado. Las amplitudes mximas vertical (traslacin segn eje Y) y por cabeceo (rotacin segn eje X) obtenidas de los grficos se presentan a continuacin Caso NTL (3600 RPM) NTL (2988 RPM) NUB (3600 RPM) NUB (2988 RPM) OOP (3600 RPM) RBL (3600 RPM) STC (3600 RPM) Traslacin Eje Y (m) 2.04E-06 8.15E-08 1.02E-05 9.91E-06 1.05E-05 1.68E-05 7.64E-06 Rotacin Eje X (rad) 2.42E-06 1.01E-07 8.08E-07 1.16E-06 1.33E-05 3.85E-06 9.31E-06

Se calcularon los Fad para una frecuencia de vibracin del equipo en operacin de 3600 RPM Anlisis del caso ms desfavorable para desplazamiento vertical es RBL (Rotor Blade Loss). DDmax = 1.68E-02 mm (desplazamiento mximo vertical obtenido del anlisis dinmico) Si comparamos este valor con el obtenido mediante el programa STAAD-PRO en el cual se obtuvo un valor de 1.8 10-3 mm, vemos que son similares. DEmax = 0.346 mm (desplazamiento mximo vertical obtenido del anlisis esttico realizado con el programa Staad Pro incorporando las cargas dinmicas suministrada por el fabricante del equipo) Fad = DDmax / DEmax = 0.05 < 1 Anlisis del caso ms desfavorable para el cabeceo es OOP (Out of Phase) RDmax = 1.33E-05 rad (rotacin mxima segn eje longitudinal obtenido del anlisis dinmico) REmax = 0.18E-03 rad (rotacin mxima segn eje longitudinal obtenido del anlisis esttico realizado con el programa Staad Pro incorporando las cargas dinmicas suministrada por el fabricante del equipo) Fad = RDmax / REmax = 0.07 < 1 Los factores de amplificacin dinmica son menores a uno para prcticamente todo el intervalo posible de las frecuencias de la excitacin, es decir el efecto dinmico reduce la respuesta de la fundacin en comparacin con la respuesta esttica. La principal razn de este comportamiento es que el sistema bloque


11/22/2010

Sophus Y&V

Page 31 of 48

+ suelo de fundacin tiene un amortiguamiento por radiacin muy alto, lo cual conduce a factores de amortiguamiento equivalentes muy altos, en la zona de resonancia, y an mayores fuera de ella. 12.1.4. Frecuencia natural de la fundacin

Aunque el programa no calcula directamente la frecuencia natural del sistema fundacin equipo, sta se puede estimar en base a los picos en la amplitud de la respuesta dinmica en los grficos de amplitud traslacional y rotacional para los diferentes casos de carga dinmica. Para los casos que hemos estudiado se determinan dichas frecuencias: Fn ~ 6 Hz = 360 RPM (amplitud traslacional vertical) Fn ~ 8 Hz = 480 RPM (amplitud rotacional segn el eje longitudinal) Amplitudes mximas permisibles Adicionalmente se puede utilizar el valor de la mxima amplitud traslacional vertical en la frecuencia de operacin del equipo (3600 RPM) para chequear la amplitud mxima permisible utilizando el grfico que se muestra a continuacin: DDmax = 0.0168 mm = 0.66 mils ~ 0.50 mils (lmite de tolerancia para equipos centrfugos y para seres humanos) Nota: 1 = 1000 mils

12.1.5.

Grficos de Amplitud Traslacional vs. Frecuencia.


11/22/2010

Sophus Y&V

Page 32 of 48

12.1.6.

Grficos de Amplitud Rotacional vs. Frecuencia.


11/22/2010

Sophus Y&V

Page 33 of 48

13.-

ETAPA DE CONSTRUCCION

Una vez aprobados los planos de disposicin de pilotes y detalles de los mismos se inici de manera acelerada la fabricacin de los 36 pilotes para cada turbo generador excavados y vaciados en sitio, de 0.80 m de dimetro y 14 metros de longitud que soportaban el bloque de fundacin de la Turbina, el Generador, el Paquete de Arranque y el Soporte del Ducto de Escape, para cada una de las unidades. Una vez culminados los pilotes del turbogenerador y los 16 pilotes de soporte de las chimeneas se iniciaba el trabajo de la unidad siguiente. En total se realiz la construccin de 208 pilotes antes de iniciarse el perodo lluvioso en un tiempo de 87 das lo cual arroja un rendimiento razonable de 1.65 pilotes por da utilizando 02 mquinas.


11/22/2010

Sophus Y&V

Page 34 of 48

PERFORACION DE PILOTES


11/22/2010

Sophus Y&V

Page 35 of 48

36 PILOTES A DESCABEZAR En la segunda etapa del trabajo se procedi al descabezado de los pilotes hasta la cota indicada y al armado del acero inferior y colocacin de ms de 400 pernos de anclaje cuyas longitudes variaron entre 2.058 m y 0.34 m. Todos ellos alineados milimtricamente y soportados sobre estructuras metlicas o plantillas para evitar que se movieran de la coordenada en la que deban quedar para recibir el equipo. Adicionalmente la disciplina Electricidad trabaj en generar planos de ubicacin de conduits que atravesaban la fundacin de cara a cara y que eran aproximadamente 167 conduits en cada bloque de fundacin. Las fotos son elocuentes y muestran el arduo trabajo desarrollado ya en presencia de las lluvias.

PILOTES Y MODELO 3D


11/22/2010

Sophus Y&V

Page 36 of 48

CONCRETO POBRE TURBOGENERADOR

PERNOS DE ANCLAJE SOPORTADOS A ESTRUCTURA METALICA


11/22/2010

Sophus Y&V

Page 37 of 48

COLOCACION DE CONDUITS DE ELECTRICIDAD Una vez completada esta etapa se coloc el acero superior del bloque y se procedi a encofrar y a planificar el vaciado de la misma teniendo en consideracin la gran cantidad de metros cbicos que deban ser vaciados de manera ininterrumpida y para lo cual deban definirse factores importantes tales como aditivos a usar en el concreto, hora del vaciado y duracin del mismo. Se hizo un vaciado de 456 m3, durante 12 horas, en el cual se recibieron 71 camiones de concreto premezclado, con la participacin de 46 obreros y personal de construccin, terminando la actividad con xito total, sin contratiempos. Se verific posteriormente la ubicacin final de anclajes y la resistencia obtenida del concreto colocado a los 28 das siendo un resultado altamente satisfactorio y que en boca de nuestros socios de Durofelguera no caus ningn problema a la hora del montaje mecnico de los equipos. Este trabajo ha marcado tambin un hito importante en las estructuras construidas por Y&V y definitivamente la repeticin de esta tarea para los 4 Turbogeneradores ha llevado a perfeccionar la tcnica y a usar las lecciones aprendidas del primer Turbogenerador a los que venan despus.


11/22/2010

Sophus Y&V

Page 38 of 48

ARMADURA DE LA FUNDACION

VACIADO DE LA FUNDACION


11/22/2010

Sophus Y&V

Page 39 of 48

VACIADO DE LA FUNDACION

FUNDACION DEL TURBOGENERADOR


11/22/2010

Sophus Y&V

Page 40 of 48

INSTALACION DE LA TURBINA EN PEDESTAL


11/22/2010

Sophus Y&V

Page 41 of 48

INSTALACION DE GENERADOR EN PEDESTAL

Una vez ms el uso de herramientas para diseo en 3D permiti evitar interferencia entre el bosque de embebidos elctricos y de estructuras del bloque de fundacin; tambin tener la ubicacin exacta de la fundacin del turbo generador y de lo dems equipos a colocar. En esta fase del trabajo se desempeo el Lic. Lus Guerra quien realiz un minucioso trabajo que permiti el desarrollo de la construccin sin contratiempos maximizando el uso de la herramienta. Finalmente ofrecemos una perspectiva actual del avance de la construccin para la fundacin objeto de este trabajo.


11/22/2010

Sophus Y&V

Page 42 of 48

PLANTA DE GENERACION ELECTRICA TERMOCENTRO ( CICLO ABIERTO)


11/22/2010

Sophus Y&V

Page 43 of 48

CORTE (VISTA SUR) DEL TURBOGENERADOR

CORTE ( VISTA LATERAL) DEL TURBOGENERADOR


11/22/2010

Sophus Y&V

Page 44 of 48

FUNDACION DEL TURBOGENERADOR


11/22/2010

Sophus Y&V

Page 45 of 48

TG - 11 (3D) TG - 11 (ACTUAL)


11/22/2010

Sophus Y&V

Page 46 of 48

FUNDACION DEL TURBOGENERADOR 3D


11/22/2010

Sophus Y&V

Page 47 of 48

TG - 11 (ACTUAL) Y TG - 11 (3D) AGRADECIMIENTOS: Quiero agradecer muy especialmente: Ing. Roxana Martnez por la revisin de este documento y los comentarios realizados Lic. Luis Guerra por su aporte en el montaje de la amplia galera de fotografas y imgenes del modelo 3D Ing. Isabel Lpez por la revisin de los Ptos relacionados con los datos del Suelo.

AutorMara Vera Caires De Nobrega Gerencia de Civil - Estructuras Sophus: 1

Colaboradores

Este Sophus aun no tiene Colaboradores Colaborar

Otros Sophus de este autor

Este autor no posee mas Sophus publicados


11/22/2010

Sophus Y&V

Page 48 of 48

Comentarios

Agregar

Los comentarios tienen un limite de 1000 Caracteres, no te alcanza? Crea una colaboracion!!


11/22/2010

Calculo Fund Tgs

Documents

Transcript of Calculo Fund Tgs