Análisis numérico para la determinación del daño causado en ductos para hidrocarburos mediante el método del elemento finito y método frontera

Abstract

El Estudio experimental - numérico de este trabajo de investigación, analiza la influencia de los tratamientos térmicos no convencionales y la inducción del hidrógeno; cómo influyen en el comportamiento de las propiedades mecánicas del material API X-60 utilizado para transporte, almacenamiento de hidrocarburos. Asimismo el planteamiento de esta problemática; como el estudio del material, además las aleaciones ferrosas y de muchos otros materiales, trabajan con hidrogeno constituyendo así un serio problema para los componentes ingenieriles expuestos a este elemento debido al fenómeno conocido como; fragilización por hidrógeno. El presente trabajo se implementa tiempos y temperaturas de tratamientos térmicos para la formación de diferentes tipos de fases y precipitados en el material a estudio y estudiar la influencia de los tratamientos expuestos en este trabajo con el hidrogeno. Asimismo se emplea una técnica electroquímica reportada en la norma ASTM G148-97 para evaluar la absorción, como la permeación del hidrógeno en el material API X-60 para evaluar el daño provocado por el hidrogenó. Por otra parte con la técnica de microscopia óptica y microscopia electrónica de barrido se determinó las fases de perlita, ferrita .martensita, bainita y la combinaciones entre ellas, presentes en el material API-X60, asimismo por la técnica de microscopia electrónica de barrido, se determina el aspecto del formación de precipitados en la superficie del material; además la presencia de los elementos aleantes por la técnica EDS. Por otro lado por la técnica de Nanoindentación se evaluó las propiedades de nanodureza y módulo de elasticidad, para cada temperatura y tratamiento de estudio.. Mediante pruebas mecánicas de ensayos de tres puntos se determinó la carga máxima versus desplazamiento del material tratado térmicamente e inducidos por hidrogeno bajo la norma ASTM E399-90; donde encontró un cambio significativo en las propiedades mecánicas del API-X60, de tal morfa el hidrogeno influye sustancialmente en el acero API-X60 con los parámetros establecidos en este trabajo. El análisis de fractográfico muestra los tipos de la fractura. Se analizó por microscopia electrónica de barrido donde se observan diferentes tipos, de fractura con cuasi clivaje, transganular y grietas generadas en los límites de grano por la inducción de hidrogeno en el material a estudio. Por medio elementó finito se presenta un modelo de elemento finito (MEF) para simular el comportamiento de las especímenes tratados térmicamente inducidos con hidrógeno y sin inducción de hidrógeno; sometidos a carga de Flexión. Para validar el modelo se utilizan los resultados experimentales del ensayo de flexión. Asimismo se obtuvieron las curvas de cargadesplazamiento, para las probetas modeladas mediante MEF y se realizó un análisis comparativo con los datos experimentales obteniendo resultados desviaciones máximas del 15 %.