Resistencia remanente en recipientes sujetos a presión con pérdidas de metal tipo picadura

Abstract

RESUMEN: En este trabajo se presenta un procedimiento para determinar la resistencia remanente en recipientes a presión con defectos tipo picadura, mediante análisis no lineales de elemento finito. La simulación del efecto en el estado de esfuerzos de las picaduras fueron cosideradas bajos tres distintos modelos; picaduras aleatorias con profundidad uniforme (PPU), secciones de tuberías con áreas localmente adelgazadas (LTA) y picaduras aleatorias con una variación en la profundidad de acuerdo a la Distribución Máxima de Gumbel. Siendo éste ultimo caso, una de las aportaciones especificas y principales de este trabajo, donde se busca incorporar la naturaleza estocástica compleja del fenómeno de picadura.

Los resultados muestran que el espaciamiento entre picaduras orientadas con respecto al eje longitudinal de la tubería tiene un mayor efecto en el estado de esfuerzos seguido de la profundidad de picadura, los cuales en conjunto indican el sitio donde puede ocurrir la falla. Los modelos LTA con el mayor porcentaje de área dañada (#8) presentan valores de esfuerzos equivalentes menores de entre 63% y 72% con respecto a los modelos PPU y Gumbel, debido a que no consideran la geometría, densidad y profundidad de picaduras. Los cálculos por LTA con elevados porcentajes de área dañada por picaduras, no son válidos para considerar el mecanismo de corrosión por picadura ya que expondrían claramente a un componente a la falla.

La implementación de la Distribución Máxima de Gumbel hace que los cálculos para determinar el daño por picadura sean menos conservadores en 20% con respecto a los modelos con profundidades de picaduras uniformes (PPU). El modelo propuesto incorpora la sinergia entre la densidad, la profundidad y orientación de las poblaciones de picaduras que permite parametrizar y obtener el diagrama de fallas y determinar la integridad mecánica del componente. En cosecuencia se postula que la metodología desarrollada puede incorporarse de manera exitosa a la evaluación de la integridad de recipientes sujetos a presión con daño por corrosión por picadura externo. ABSTRACT: This paper presents a procedure to determine the remaining strength in pressure vessels with pitting defects, by nonlinear finite element analysis. The stress state was calculated to three different models; random pits with uniform depth (PPU), pipes sections with local thin areas (LTA) and sections with random pits with a variation in depth according to the Gumbel Max Distribution. Being this last case, one of the specific and main contributions of this work, which seeks to incorporate the complex stochastic nature of the sting phenomenon.

The results show that the spacing between pitting oriented with respect to the longitudinal axis of the pipe has a greater effect on the stress state followed by pit depth, which together indicate the site where the failure may occur. The LTA models with the highest percentage of damaged area (# 8) have equivalent stress values of between 63% and 72% in relationship to the PPU and Gumbel models, due to they don't consider the geometry, density and depth of pitting. LTA calculations with high percentages of area damaged by pitting are not valid to consider the mechanism of pitting corrosion since they would clearly expose a component to the failure.

The implementation of the Maximum Gumbel Distribution makes calculations to determine pitting damage less conservative by 20% compared to models with uniform pits depths (PPU). The proposed model incorporates the synergy between the density, the depth and the orientation of the pit populations that allows to parameterize and obtain the failure diagram and determine the mechanical integrity of the component. It is postulated that the methodology developed can be successfully incorporated into the evaluation of the integrity in pressure vessel with external pitting corrosion damage.