UN PERICOL REAL - INCARCAREA BUTELIILOR IN STATIILE DE DISTRIBUTIE GPL AUTO
1. Rezumat
Lucrarea isi propune o analiza asupra consecintelor incarcarii neautorizate a buteliilor pentru uz caznic la statiile de distributie GPL auto.
Necesitatea acestei analize a fost generata de faptul ca zilnic in statiile de incarcare ajung butelii de aragaz cu deformatii plastice majore si care pun in pericol atat pe utilizator cat si pe cei din jurul sau. Aceste deformatii periculoase au drept cauza incarcarea volumetrica la statiile de distributie cu GPL auto a buteliilor tip aragaz ce ar trebui incarcate gravimetric cu un fluid ce are proprietati fizico – chimice diferite (densitate, presiune si temperatura de vaporizare).
Studiul are drept punct de pornire modul de dimensionare a acestor recipienti sub presiune, calculul teoretic al grosimii peretilor. Acesta este completat cu teste de spargere pentru un numar de recipienti sub presiune utilizati pentru imbutelierea de LPG pentru uz casnic.
Din punct de vedere al metodologiei de calcul, acesta se face in conformitate cu prescriptiile tehnice ISCIR si a ghidurilor de proiectare (euronorme). In paralel se realizeaza si un studiu cu ajutorul metodei elementului finit. O butelie ce prezinta deformatii plastice permanente a facut obiectul unor masuratori de eforturi sub actiunea sarcinilor de incarcare (masuratori tensometrice).
2. CALCULUL DE REZISTENTA
Dimensionarea recipientilor din conditia de rezistenta se face in conformitate cu SR EN 13445:
Stabilirea tensiunii admisibile (notata fa) se defineste ca fiind valoarea minima dintre rapoartele:
Rc20/cs1 si R/cs2
Unde :
Rc20 = rezistenta la rupere la intindere la temperatura de 200C in MPa
R = limta de curgere la temperature de calcul
cs1 = coeficient de siguranta
cs2 = coeficient de siguranta
pentru butelia studiata, conform rezultatelor de laborator pentru tabla utilizata la lotul de fabricatie a acestora, valorile sunt:
Rc20 = 410 MPa (notat si Rr)
R = 265 MPa (notat si Rc)
cs1 = 2,4
cs2 = 1,5
Rc20/cs1 = 410/2,4 = 170,83
R/cs2 = 265/1,5 = 176,66
Valoarea fa va fi de 170.83
Notatiile de calcul:
D = diametrul interior in cm
spf = grosimea elementului – in cm
C1= adoas pentru conditii de exploatare in cm
C2= adaos pentru rotunjire in cm
fa = tensiunea admisibila in MPa
zf = coeficient de rezistenta a imbinarii sudate: zf =1
pc = presiunea de maxima exploatare in MPa
Valorile pentru C1 si C2 sunt cele prevazute de proiectant si au valorile:
C1=0,1 cm
C2=0,01 cm
Relatia de calcul pentru grosimi este :
3. Determinari experimentale
Determinarile experimentale constau in testele de spargere si de masuratorile tensometrice.
Testele de spargere s-au efectuat pentru loturi de cate 10 recipienti pana la aparitia ruperii (vezi fig.1).
Pentru toate aceste butelii s-a determinat si dilatarea volumetrica exprimata atat in l cat si in procente. Spargerea s-a produs la valori peste 95 de bari, volumul majorandu-se cu circa 30%. Rezultatele testului sunt prezentate in tabelul de mai jos:
Avand in vedere situatia buteliilor ce se intorc in statiile de umplere cu deformatii permanente a fost necesara o investigatie mai amanuntita a acestora. Astfel s-a efectuat o simulare cu ajutorul metodei elementului finit si masuratori de eforturi sub actiunea sarcinilor de incarcare (masuratori tensometrice).
Prin ambele metode s-a urmarit determinarea tensiunilor principale la presiunea de lucru.
Pentru efectuarea analizei cu ajutorul metodei elementului finit a fost realizat modelul la scara 1:1 in SOLID WORKS. In urma aplicarii sarcinilor (presiunea de lucru), se obtin valori pentru tensiunile echivalente (von Misses), tensiunile principale si deplasari.
In fig. 2 este prezentata distributia valorilor pentru tensiunea principal. Pentru a obtine valoarea tensiunii principale in zona in care s-au efectuat si masuratori tensometrice s-a efectat o vizualizare ISO CLIPPING (fig.3). Valoarea obtinuta este de 72,45 MPa. Aceasta valoare poate fi comparata si cu o valoarea determinate theoretic cu relatia:
p = presiunea interioara [MPa]
r = raza interioara [cm]
s = grosimea tablei [cm]
Aceasta analiza este completata de masuratorile tensometrice. Pentru acuratetea masuratorilor si aflarea starii plane de tensiune, tinand cont de deformarea mantalei buteliei, nu ne-am marginit la utilizarea de montare a 2 marci unidirectionale. Astfel s-au efectuat determinari cu ajutorul unui montaj tip rozeta asa cum se observa in fig.4.
Grosimea tablei masurate in zona in care s-au montat marcile tensiometrice este de 1,8 mm. Rezultatele sunt prezentate mai jos.
Se observa ca forma graficului curbei presiune – deformatie prezinta abateri de la liniaritate.
Comportamentul materialului la incarcare urmata de descarcare este prezentat in graficul de mai jos.
Apare un histerezis pe directia principala ceea ce indica existenta unei deformatii remanente fiind clar faptul ca recipientul intra in zona de curgere chiar si la solicitari de pana la presiunea maxima de lucru.
4. CONCLUZII
Asa cum era de asteptat, Metodologia de calcul conduce la supradimensionarea grosimii peretilor, fapt explicabil prin destinatia recipientilor si imposibilitatea controlarii modului de manipulare a acestora .
Aparitia deformatiilor remanente arata clar ca materialul a fost solicitat in zona curgerii.
Problema care apare este aceea ca desi am incarcat recipientul la o presiune egala cu presiunea de lucru in cazul amestecului de tip aragaz (adica de 8 bari), apar deformatii remanete la descarcare, ceea ce indica gradul mare de pericol pe care il prezinta acest recipient. De altfel prin incercari succesive se observa ca presiunea maxima la care deformatiile remante nu mai apar este de 4 bari. Este binecunoscut ca in timpul iernii, presiunea din recipientii incarcati cu GPL auto este de circa 5 – 5,5 bari.
Este de remarcat si faptul ca prin aplicarea metodei elementului finit se obtin rezultate comparabile cu cele inregistrate experimental.
6. Bibliografie
*** Prescriptii tehnice C4/1 -2003 , colectia ISCIR
*** Prescriptii tehnice C4/2 -2003 , colectia ISCIR
*** Directiva Europeana 99/36/EC
*** EN 13445