Análisis fractomecánico de tensiones residuales en soldaduras de ductos para transporte de gas natural

Abstract

La reparación en servicio por fisuras en los ductos para el transporte de gas natural son un verdadero problema técnico y económico, debido a que en su mayoría se encuentran enterrados. Para determinar si esas fisuras comprometen la integridad del gasoducto y por lo tanto es necesaria una reparación o mitigación, es necesario realizar una evaluación de aptitud para el servicio bajo una norma reconocida, que en este caso se utiliza la norma API 579 / ASME FFS – 1 [1]. Ésta contiene tres niveles de evaluación que se diferencian en la complejidad del cálculo. En el caso de realizar un análisis de aptitud para el servicio según la norma API 579 / ASME FFS – 1 [1] mediante la Evaluación Nivel 2 de una fisura en la soldadura, dicha evaluación no tiene en cuenta en su cálculo la relajación de las tensiones residuales, del cual estas últimas se encuentran intrínsecamente en el material por el proceso mismo de soldadura. Entonces, para reducir las reparaciones mencionadas anteriormente por tener en cuenta la relajación de las tensiones residuales, se debe realizar una Evaluación Nivel 3 (siguiendo la misma norma citada anteriormente) que utiliza cálculo numérico mediante el Método de los Elementos Finitos. De esta forma, se permite evitar o reducir los costos adicionales como fue mencionado en el párrafo anterior, por el menor grado de conservadurismo que contiene la Evaluación Nivel 3. Por lo tanto, la presente Tesis propone una metodología de cálculo analítico mediante una función de ajuste como factor de corrección que toma en cuenta la relajación de las tensiones residuales, utilizando la Simulación Computacional tanto para fisuras longitudinales como circunferenciales en ductos de dimensiones típicas de transporte de gas natural. Esta función de ajuste da como resultado un valor que representa la relajación de las tensiones residuales, para ser utilizado directamente en el factor de intensidad de tensiones para tensiones residuales. De esta forma, se obtiene un resultado de aptitud para el servicio menos conservativo sin la necesidad de realizar un complejo análisis numérico. El tema tratado es de suma importancia para nuestro país considerando la posición que este tipo de componente ocupa, que es utilizado en la industria de hidrocarburos y del gas y ante la posibilidad de la instalación de nuevos gasoductos. Por lo tanto, el objetivo principal que ha motivado el estudio responde a requerimientos propios de la industria.