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Mecanismos de Daño que Afectan Equipos en la Industria de Refinación

API RP 571

Ing. Luis de Vedia

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API RP 571

Mecanismos de daño que afectan Equipos en la Industria de Refinación

// ALCANCES Y GENERALIDADES // CONSIDERACIONES INTRODUCTORIAS A LOS MODOS DE FALLAS EN COMPONENTES ESTRUCTURALES

PROGRAMA

• MÓDULO I: Material Introductorio

• Sesión 1: Alcances y generalidades del documento API RP 571. Consideraciones introductorias a los modos de falla en componentes estructurales.

• Sesión 2: Naturaleza de las discontinuidades y caracterización de las condiciones de servicio de componentes estructurales. Relación entre la naturaleza de la discontinuidad y las condiciones particulares de servicio.

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ESTADISTICA MUNDIAL DE FALLAS EN EQUIPOS CONDUCENTES A GRANDES PERDIDAS (D.Mahoney 1992)

// CONSIDERACIONES GENERALES SOBRE LA INFLUENCIA DE LA PRESENCIA DE DISCONTINUIDADES 3

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Se acepta en general que la influencia que una soldadura tiene sobre un elemento estructural se manifiesta a través de los siguiente factores:

• Introducción de discontinuidades geométricas

• Introducción de estructuras metalúrgicas frágiles.

• Introducción de tensiones residuales locales del orden del valor de la tensión de fluencia del material base.

• Producción de estructuras monolíticas que proveen un camino continuo para el avance de la fisura.


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Las condiciones de servicio pueden ser caracterizadas a través de las siguientes variables:

• Modo de aplicación de las cargas (estáticas, dinámicas, cíclicas, impulsivas, etc.)

• Temperatura

• Naturaleza del medio ambiente (ácido, alcalino, oxidante, inerte, etc.)


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Naturaleza Condiciones

de las de

Dicontinuidades Servicio

Modo de aplicaciónGeométrica Significación

de las cargasMetalúrgica de la

TemperaturaMecánica Discontinuidad

Naturaleza del medio


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Relación entre la naturaleza de la discontinuidad y las condiciones particulares de ese servicio.

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CLASIFICACION DE LAS DISCONTINUIDADES GEOMETRICAS:

• PLANARES: FISURAS, FALTA DE PENETRACION, FALTA DE FUSION LATERAL O ENTRE PASADAS.

• CUASI PLANARES: SOCAVADO LATERAL, RIPLES SUPERFICIALES ABRUPTOS, ETC.

• NO PLANARES: POROSIDAD, INCLUSIONES DE ESCORIA


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Variación de la resistencia estática de una unión soldada por la presencia de disconti-nuidades volumétricas.


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Reducción de la resistencia estática en función del tamaño de fisura

Colapso plástico

Fractura frágil

Diámetro de poro o longitud de fisura

Resistencia []


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Máx. UTS Neta

UTS NetaMáx.

Total

Carga Máxima: P =σ A

σ AResist. Máx.: σ =

A

Cuando la rotura se produce por colapso plástico, la tensión de rotura es proporcional al área resistente neta


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Cuando un material cristalino está

sometido a un esfuerzo de tracción , puede ocurrir la rotura de los enlaces atómicos a través de planos tales como el mn, lo que resulta en la separación de los planos atómicos bajo la acción de este esfuerzo.

Esto constituye una fractura frágil o por clivaje. Si por el contrario, dicha fractura no se produce y es precedida por el deslizamiento de planos tales como los aa’ y bb’ bajo la acción de las tensiones de

corte , la fractura ocurre ahora como la culminación del proceso de deformación plástica representada por dicho deslizamiento, lo que constituye un mecanismo de fractura dúctil.// CONSIDERACIONES GENERALES SOBRE LA INFLUENCIA DE LA PRESENCIA DE DISCONTINUIDADES 12

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Las discontinuidades (defectos) planares se caracterizan por ser eficaces concentradores de tensión. La concentración de líneas de fuerza en los extremos del defecto de la figura ilustra este concepto

// RELACIÓN ENTRE LA NATURALEZA DE LA DISCONTINUIDAD Y LAS CONDICIONES PARTICULARES DE ESE SERVICIO 13

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// RELACIÓN ENTRE LA NATURALEZA DE LA DISCONTINUIDAD Y LAS CONDICIONES PARTICULARES DE ESE SERVICIO

El enlace AB puede estirarse más que el CD sólo si existe un estiramiento (y por lo tanto una tensión de tracción), según los enlaces AC y BD. La existencia de la fisura crea no sólo una elevada tensión en la dirección y, sino también una tensión de tracción en la dirección de x. Un razonamiento análogo nos conduce a la existencia de una tensión de tracción en la dirección del espesor. Existe entonces un estado de triaxialidad de tensiones en el vértice de una fisura o entalla severa.

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INFLUENCIA DE LA TRIAXIALIDAD DE TENSIONES SOBRE LA RESISTENCIA Y CAPACIDAD DE DEFORMACION PLASTICA

// RELACIÓN ENTRE LA NATURALEZA DE LA DISCONTINUIDAD Y LAS CONDICIONES PARTICULARES DE ESE SERVICIO 15

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Un caso clásico de fractura rápida (frágil). Tanker T-2 USS Schenectady, acaecida con la nave en puerto, amarrada y descargada.

// MECANISMOS DE FRACTURA FRÁGIL Y FRACTURA DÚCTIL. 16

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La fotografía anterior ilustra uno de los casos de fractura frágil mas difundidos en la literatura técnica. Se trata de la rotura catastrófica del tanker T-2 USS Schenectady, acaecida mientras la nave se encontraba amarrada en puerto y descargada.

Este caso ilustra con elocuencia las características con que suele presentarse una fractura rápida, es decir:

• Rotura sorpresiva

• Ausencia de sobrecargas

• Diseño “clásico” correcto


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De los aproximadamente 5000 barcos de la serie Liberty, Victory y tankers T-2, que los EE.UU. construyeron en los años 1940-45, unos 800 sufrieron fallas estructurales importantes y unos 200 fracturas mayores.

Dado que estos buques incorporaban el concepto de viga buque soldada, se puso en evidencia alguna relación entre el uso de la soldadura y los problemas de falla por fractura rápida.

Esta circunstancia llevó al inicio de un programa de investigación en el tema que condujo al desarrollo actual de la Mecánica de Fractura.


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El patrón “Chevron” de una fractura frágil asociado a una baja deformación plástica en la superficie de fractura, que es esencialmente perpendicular a las superficies de la chapa.

La fractura dúctil se caracteriza por su aspecto fibroso, ausencia del patrón “Chevron” y una superficie de fractura oblicua con relación a las superficies de la chapa.


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// MECANISMOS DE FRACTURA FRÁGIL Y FRACTURA DÚCTIL.

La fractura frágil se produce por separación de planos atómicos bajo tensiones normales

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// MECANISMOS DE FRACTURA FRÁGIL Y FRACTURA DÚCTIL.

La fractura dúctil se produce por rotura plástica de los ligamentos entre partículas

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PENDULO PARA ENSAYOS CHARPY

PROBETA PARA ENSAYO CHARPY-V

// ENSAYOS CLÁSICOS Y MODERNOS DE FRACTURA. 22

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CURVAS TIPICAS DE TRANSICION DUCTIL-FRAGIL INFLUENCIA DE LA VELOCIDAD DE APLICACIÓN DE LA CARGA


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ENERGIAS ABSORBIDAS PARA DISTINTOS MATERIALES EN FUNCION DE LA TEMPERATURA


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Propagación de una fisura a través de una soldadura a tope que une dos chapas pertenecientes al casco de uno de los buques tipo Liberty afectados por fractura rápida. La fractura atravesó la soldadura y se arrestó en el segundo paño de chapa.


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INFLUENCIA DEL ESPESOR DE LA PROBETA SOBRE LAS CURVAS CHARPY


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