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Tesis

Vida residual de varillas de bombeo

2000



Título Vida residual de varillas de bombeo
Nombre Alvarez Villar, Horacio Nelson
Ingeniero Metalúrgico Universidad Tecnológica Nacional Argentina
Magister en Ciencia y Tecnología de Materiales UNSAM
Directores Dr. Ernst Hugo Alejandro.
.
. CINI - FUDETEC
Fecha Defensa 22/12/2000
Jurado

Código Código IT IT/T--56/00

Resumen

Los objetivos que dieron origen a este trabajo consistieron en: a) Estudiar las metodologías para el análisis a la fatiga de componentes/estructuras mecánicas; b) implementar la metodología elegida en el caso de componentes similares a la unión/varilla PCP y c) verificar el diseño de la unión/varilla PCP. Están disponibles detalladas especificaciones, de uso extendido en la industria, que describen ampliamente los requerimientos sobre los materiales (propiedades mecánicas y condiciones metalúrgica) y los procesos de fabricación. Sin embargo, la práctica recomendada por API (American Petroleum Institute) referida al diseño y selección de uniones/varillas se aplica a componentes estandarizados (de dominio público). Por lo tanto, no puede extenderse su aplicación a uniones no estándar (propietarias) como la analizada en este trabajo, particularmente en lo que respecta al análisis a la fatiga. Surge la necesidad de proponer un análisis alternativo. El punto de partida de nuestro trabajo consiste en el informe CINI 1378/98 que documenta el proceso de diseño. La caracterización del material parte de la determinación experimental del diagrama de Goodman modificado (para el acero UHS, denominado DS 924) reportado en el informe CINI 1129/97. Los aspectos considerados en este trabajo son los siguientes: -Especificación de un parámetro de daño por fatiga; -Caracterización del material; -Identificación de zonas críticas, con análisis de la historia local de tensiones/deformaciones; -Predicción de la vida a la fatiga basada en el daño por ciclo introducido en el material en los puntos críticos. La determinación de zonas críticas en un componente, en análisis de la historia local de tensión/deformación (derivadas de la historia de cargas nominal) y la caracterización del material son temas muy analizados, incorporados a la práctica habitual en Ingeniería y por ello los consideramos fuera de la discusión teórica. En el Capítulo 1, introducimos la problemática de la fatiga presentando una aproximación general a los problemas relacionados con la identificación de un parámetro y una regla de acumulación de daño apropiados. En el Capítulo 2 explicamos la metodología elegida para el tratamiento de la fatiga (basada en conceptos de energía de deformación).
El parámetro de daño elegido combina las energías de deformación elástica y plástica. En el Capítulo 3, describimos con cierto detalle la práctica recomendada por API para el diseño y selección de uniones/varillas, señalando algunas limitaciones especialmente en lo que tiene que ver con la consideración del problema de la fatiga. También proponemos un tratamiento alternativo y revisamos la práctica habitual en la industria para la evaluación de uniones/varillas a través de ensayos de calificación. En el Capítulo 4 quedan identificados los parámetros del material que caracterizan el acero UHS (DS 924) como un material de Ramberg-Osgood que cumple la regla de Masing. Los ensayos requeridos se limitan a ensayos de fatiga axial con aplitud de deformación constante. En este trabajo nos limitamos a considerar cargas proporcionales, estando pendiente la consideración de leyes constitutivas más generales. Esta modelización (relativamente simple) es suficiente para nuestros supuestos de diseño. En el Capítulo 5 presentamos la estimación del estado de tensiones en el punto crítico de la unión, realizando la predicción de la vida de diseño de la unión/varilla PCP. En los Anexos reportamos los resultados obtenidos por el CINI-LEPE (Análisis de Tensiones y ensayos plena escala de la unión/varilla PCP).El objetivo del presente trabajo consistió en evaluar la aplicabilidad del enfoque local a la predicción de la vida a la fatiga en uniones soldadas de aluminio estructural de alta resistencia solicitadas transversalmente. Para esto, la investigación se centró en el estudio de los iniciadores de fisuras por fatiga, ubicados en la zona del talón de las soldaduras. Las características halladas en los mismos demostraron que son fuertemente dependientes de la estructura de solidificación, y todo sugiere la conveniencia de aceptar la presencia de microfisuras iniciadas y su correspondiente crecimiento, en lugar de efectuar estimaciones sobre los tiempos de nucleación. Los modelados simplificados, basados exclusivamente en la geometría del talón, como en el caso de los aceros, no resultan ser apropiados para uniones soldadas de aluminio. El CTOD es propuesto como parámetro fratomecánico elasto-plástico apto para caracterizar el crecimiento de fisuras cortas, y pareces ser un enfoque correcto para predecir la vida a la fatiga en uniones soldadas de aluminio.

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