Este caso de estudio evalúa el daño por creep, fatiga e interacción creep-fatiga en una tubería sometida a temperatura y presión interna. Se analizaron mediante FEM las condiciones de operación más relevantes para determinar su influencia sobre la integridad y vida útil del sistema.
Este caso de estudio presenta la evaluación de creep, fatiga e interacción creep-fatiga en una tubería sometida a alta temperatura y presión interna, con especial atención a los codos de un expansion loop.
VirtualMech desarrolló un análisis mediante elementos finitos (FEM) para evaluar el comportamiento termo-mecánico de la tubería y estimar el daño acumulado asociado a diferentes condiciones de operación.
Creep y fatiga en tuberías a alta temperatura
Las tuberías que trabajan de forma prolongada a alta temperatura pueden estar sometidas simultáneamente a expansión térmica, presión interna, peso propio y ciclos de calentamiento y enfriamiento.
En este tipo de sistemas, los codos y loops de expansión son zonas especialmente relevantes, ya que absorben parte de las deformaciones térmicas y pueden concentrar tensiones durante los distintos estados de operación.
El análisis conjunto de creep y fatiga permite evaluar el efecto acumulado del tiempo a alta temperatura y de los ciclos térmicos sobre la integridad de la tubería.
Solución propuesta
VirtualMech desarrolló un modelo FEM tridimensional de la zona más representativa de la línea, incluyendo el expansion loop, los codos y los tramos comprendidos entre soportes fijos.
Este enfoque permitió estudiar de forma localizada la zona de mayor interés y evaluar:
- tensiones y deformaciones térmicas;
- efecto de la presión interna;
- comportamiento durante operación normal;
- ciclos térmicos asociados a distintas condiciones de servicio;
- daño por creep;
- daño por fatiga;
- interacción creep-fatiga.
Metodología
La metodología puede resumirse en:
Condiciones de operación → análisis termo-mecánico FEM → tensiones y deformaciones → creep → fatiga → interacción creep-fatiga.
Se consideraron diferentes estados representativos de operación y mantenimiento para reproducir tanto las condiciones mantenidas a alta temperatura como los principales ciclos térmicos de la tubería.
El modelo se utilizó posteriormente como base para las comprobaciones de integridad.
Evaluación de creep
La evaluación de creep en la tubería se realizó siguiendo los procedimientos de API 579-1/ASME FFS-1, norma de referencia para la evaluación Fitness-For-Service de componentes en servicio.
El análisis permitió comparar las condiciones reales de funcionamiento con los criterios aplicables al daño por creep y determinar su influencia sobre la vida del componente.
Evaluación de fatiga
La fatiga se estudió a partir de los principales ciclos térmicos de operación.
Las variaciones de temperatura provocan expansiones y contracciones en la tubería que generan cambios cíclicos en tensiones y deformaciones, especialmente en zonas geométricamente sensibles como los codos y loops de expansión.
A partir de los resultados FEM se calculó el daño asociado a estos ciclos.
Interacción creep-fatiga
Finalmente, se evaluó la interacción creep-fatiga siguiendo los criterios definidos en API 579-1/ASME FFS-1.
La metodología combina el daño calculado de forma independiente por creep y por fatiga para verificar posteriormente el criterio de aceptación conjunto.
En el caso analizado, ambos mecanismos presentaron una contribución reducida y el criterio de interacción creep-fatiga resultó satisfactorio.
Ingeniería de tuberías a alta temperatura
Este tipo de análisis permite evaluar la integridad de tuberías sometidas a altas temperaturas, presión interna y ciclos térmicos, identificando las zonas más solicitadas y cuantificando los principales mecanismos de daño.
VirtualMech desarrolla trabajos de análisis FEM de tuberías, creep, fatiga, creep-fatiga, Fitness-For-Service y evaluación de componentes de alta temperatura.
Si necesita evaluar el comportamiento de una tubería sometida a creep y fatiga o comprobar su integridad mediante simulación FEM y normativa Fitness-For-Service, contacte con nuestro equipo de ingeniería.
