Este caso de estudio determina las causas por las que pudo fallar un tanque de almacenamiento de sales fundidas tras una situación meteorológica adversa. Se contemplaron todas las opciones que pudieron causar el fallo y se clasificaron según su relevancia en el evento.
January 19, 2012- Workers construct one of a dozen thermos like molten salt tanks at Abengoa’s Solana Plant. (Photo by Dennis Schroeder/NREL).
Este caso de estudio presenta el Root Cause Analysis (RCA) del fallo de un tanque de almacenamiento térmico (TES) de una planta CSP, ocurrido tras un episodio de lluvias intensas y entrada de agua en la zona de cimentación.
VirtualMech desarrolló un análisis multidisciplinar mediante modelos de elementos finitos (FEM) para estudiar la respuesta térmica, estructural e hidráulica del conjunto tanque-cimentación e identificar las causas directas, contribuyentes y descartadas del incidente.
Fallo en un tanque TES de una planta CSP
Los tanques de sales fundidas de sistemas de almacenamiento térmico CSP trabajan sometidos a elevadas temperaturas y grandes cargas sobre la cimentación.
Durante el incidente analizado, la entrada de agua en el entorno de la cimentación coincidió con condiciones térmicas severas y provocó alteraciones en el comportamiento del sistema tanque-cimentación.
El análisis se centró en determinar cómo la interacción entre agua, temperatura, cimentación y cargas estructurales pudo generar un estado de tensiones capaz de producir el fallo observado.
Solución propuesta
VirtualMech desarrolló un modelo FEM del tanque y su cimentación para reproducir diferentes escenarios posteriores al incidente.
Se analizaron, entre otros fenómenos:
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asentamientos diferenciales de la cimentación;
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degradación de las propiedades mecánicas de sus capas;
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gradientes térmicos y thermal shock;
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comportamiento estructural del tanque;
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plastic collapse y local failure;
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cargas de viento;
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posible buckling de la chapa de fondo.
También se desarrollaron modelos hidráulicos para estudiar la infiltración y distribución del agua en las distintas capas de la cimentación.
Metodología
La metodología combinó información del incidente con modelos térmicos, estructurales e hidráulicos mediante FEM.
De forma simplificada:
Datos del incidente → comportamiento térmico e hidráulico → asentamientos → análisis FEM estructural → evaluación de mecanismos de fallo → Root Cause Analysis.
Se compararon distintas condiciones de cimentación y distribuciones de asentamientos para estudiar su influencia sobre las tensiones del tanque.
Los resultados mostraron una elevada sensibilidad a los gradientes de asentamiento, especialmente cuando las diferencias de desplazamiento se concentran en zonas próximas al perímetro.
Normativa
Las comprobaciones estructurales incluyeron análisis elásticos y elastoplásticos de acuerdo con ASME BPVC Section VIII Division 2 Part 5, utilizada para la evaluación mediante Design by Analysis de mecanismos como plastic collapse y local failure.
ASME BPVC Section VIII Division 2
Resultados del RCA
El análisis identificó los asentamientos excesivos y diferenciales de la cimentación como el mecanismo principal responsable del elevado estado de tensiones alcanzado por el tanque.
La entrada de agua y el choque térmico sobre las capas calientes de la cimentación provocaron una modificación de sus propiedades mecánicas y favorecieron la aparición de asentamientos no uniformes.
Los modelos elastoplásticos mostraron que estas condiciones podían producir mecanismos compatibles con plastic collapse y local failure en la zona afectada.
Otros fenómenos analizados, como:
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las cargas de viento;
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determinados gradientes térmicos en el tanque;
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el buckling de la chapa de fondo;
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y el enfriamiento localizado;
mostraron una influencia secundaria o insuficiente para explicar por sí solos el fallo, por lo que fueron clasificados como causas contribuyentes o causas descartadas dentro del RCA.
Ingeniería y análisis de fallos en sistemas TES
Este tipo de Root Cause Analysis aplicado a sistemas de almacenamiento térmico CSP permite combinar datos de operación, inspecciones y simulaciones numéricas para determinar los mecanismos que han intervenido en un fallo estructural.
VirtualMech desarrolla trabajos de RCA, análisis FEM, evaluación estructural de tanques TES, cimentaciones, sistemas de sales fundidas y componentes sometidos a altas temperaturas.
Si necesita analizar un incidente estructural, evaluar la integridad de un tanque de almacenamiento térmico CSP o identificar las causas de un fallo mediante simulación numérica, contacte con nuestro equipo de ingeniería.
