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Método de elementos finitos (FEM)

Al igual que las simulaciones numéricas de flujo (CFD) proporcionan información importante sobre los procesos de flujo de todo el sistema (recipiente, agitador y componentes asociados como intercambiadores de calor, interruptores de corriente o tuberías), el método de elementos finitos (FEM) se utiliza también para obtener una visión más profunda del diseño mecánico de agitadores, recipientes y sus componentes. Además, permite un diseño más fiable, evitando daños y pérdidas de producción.

Los datos de carga obtenidos por las mediciones, así como las simulaciones de flujo y la información sobre la geometría obtenidas gracias al sistema CAD, sirven como parámetros de entrada importantes o datos generales para el posterior análisis de elementos finitos.

En la actualidad, el método de elementos finitos ha encontrado su lugar en casi todas las disciplinas físicas concebibles. Los campos de aplicación más importantes en la tecnología de agitación y mezclado son:

Además de las cargas generalmente estáticas que resultan de la presión del proceso y de la temperatura, los recipientes de agitación y sus componentes están sometidos a una elevada carga dinámica que emana del agitador. 

Por ejemplo, los momentos de flexión alternos y las fuerzas transversales, así como los momentos de torsión y las fuerzas axiales como fuerzas de reacción, pasan de la parte superior del agitador al recipiente. Los componentes del recipiente (por ejemplo, deflectores, dispositivos de gasificación, tubos del intercambiador de calor y tubos de suministro/drenaje) también están sometidos a una carga fluctuante debido a su entrada turbulenta. 

Estos componentes de los recipientes cargados dinámicamente también deben someterse a un análisis de resistencia operacional para demostrar su resistencia a la fatiga como parte de su cálculo de resistencia (por ejemplo, según se describe en los reglamentos internacionales de equipos a presión como ASME 2013, Sección VIII, Div. 2 o AD2000, S2). 

Debido a que el recipiente representa los "cimientos de la máquina" para el agitador, también debe cumplir ciertos requisitos de rigidez para garantizar el funcionamiento seguro del agitador. Para este propósito, se debe realizar un cálculo de deflexión para la boquilla del agitador - para los depósitos abiertos - o para el puente del agitador. Esto muestra la deformación angular o axial máxima. 

Sin embargo, lo más importante es el diseño a prueba de vibraciones de todo el recipiente del agitador, así como de los componentes del recipiente. Con un análisis modal de elementos finitos, sus frecuencias naturales pueden calcularse de manera fiable para que la resonancia pueda excluirse de forma fiable con las frecuencias de excitación generadas por el agitador. 

En general, se recomienda una simulación de elementos finitos para:

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