Metodologia de analisis de fallas en recipientes a presión y tuberias de mediano y gran tamaño (página 2)

Agrietamiento producido por corrosión bajo tensión (SCC).

El agrietamiento por corrosión bajo tensión es un tipo insidioso de falla que puede ocurrir sin que sea aplicada una elevada carga externa, es un tipo de falla definido como la fractura de un miembro estructural bajo el efecto combinado de un ambiente corrosivo con tensiones estáticas de tracción, si uno de estos medios no estuviera presente la fractura podría dejar de ocurrir.

Este tipo de corrosión crea grietas con características alineadas perpendicularmente a la tensión principal. En la mayoría de los casos, la presión del producto en la tubería crea la tensión principal, así que las grietas son paralelas alineadas al eje de la tubería. Las tensiones externas tales como movimientos de tierras pueden dar lugar a las grietas a casi cualquier ángulo a través de toda la circunferencia [25] [26, 27].

Las grietas que resultan de este tipo de falla resultan ser muy finas y difíciles de detectar visualmente, particularmente difíciles de de detectar en superficies escamadas o con incrustaciones. En este tipo de agrietamiento las grietas pequeñas se alargan y profundizan lentamente durante años. Estas pueden estar presentes en una tubería por muchos años sin causar problemas, aunque una vez que una grieta llegue a ser bastante grande ( alcance su velocidad crítica), la tubería podría entonces romperse. La Figura 7 muestra la forma en que comúnmente se manifiesta este tipo de grietas.

Figura 7. Micrografía de agrietamiento a consecuencia de corrosión bajo tensión.

Agrietamiento inducido por hidrógeno (HIC).

El hidrógeno debido a su pequeño radio atómico es absorbido por el acero con mucha facilidad a partir del mecanismo de difusión intersticial y es colectado como hidrógeno molecular en sitios internos en el metal, a presiones muy altas, provocando la formación de una cavidad interna. La cavidad se va llenando con hidrógeno y a la presión generada por el gas atrapado produce una separación en el material y desarrolla una grieta, paralela a la pared del ducto [26].

Este tipo de agrietamiento es uno de los grandes problemas asociado al proceso de la soldadura ya que ninguno de los procesos comúnmente empleado es capaz de evitar la entrada del hidrógeno al metal aun cuando si puede ser limitada la cantidad que entra a través de ciertas medidas dadas [27]. Generalmente se dice, que este tipo de agrietamiento ocurre por la interacción simultánea de tres factores principales:

• Micro estructura susceptible.

• Concentración crítica del contenido de hidrógeno en el metal de la costura.

• Determinado nivel de tensiones residuales en la vecindad de la unión soldada.

Este tipo de agrietamiento puede ser evitado, si al menos uno de estos factores es minimizado. N. Yurioka [28] considera que además de los tres factores principales señalados arriba, existen otros, tales como: energía del arco de soldadura, rigidez de la unión, los diferentes tipos de juntas, temperatura ambiente, el número de pasadas en la unión soldada, espesor del metal base y el método de aplicar el precalentamiento, cuando es necesario (velocidad de calentamiento y tiempo).

Agrietamiento producido por corrosión por fatiga.

La fatiga por corrosión es producida por la acción combinada de tensiones repetidas o fluctuantes en un medio. La fatiga por corrosión es dependiente sobre la interacción que se presenta entre la carga, el medio y los factores metalúrgicos. Para un material dado, la resistencia a la fatiga (o vida a la fatiga a un valor dado de tensión máxima) generalmente disminuye en la presencia de un medio agresivo. El efecto varía ampliamente, dependiendo principalmente sobre la combinación particular del metal con el ambiente.

Las grietas por corrosión son siempre iniciadas en la superficie a menos que existan defectos cercanos a la superficie que actúen como concentradores de esfuerzos. En los aceros al carbono, las grietas son a menudo transgranulares y pueden exhibir una ligera cantidad de ramificaciones.

La fatiga por corrosión conduce al agrietamiento, el cual se inicia en el diámetro interior de las tuberías. Pueden ser identificadas mediante la inspección visual, líquidos penetrantes, partículas magnéticas y ultrasonido.

Agrietamiento durante la manipulación de las tuberías.

Una grieta axial pasante puede aparecer en tubos con costura soldada, producto de un inadecuado proceso de soldadura y de una manipulación incorrecta de los tubos durante el transporte y el montaje de la tubería. Este defecto es inadmisible durante la operación de un tubo que conduzca hidrocarburos, pues trae aparejado la fuga del fluido (lo que en el caso de fluidos muy inflamables puede provocar una gran explosión), sin embargo consideramos que la detección y evaluación de un defecto así, durante el transporte de un fluido con menor tendencia a la inflamación, permitirá establecer plazos más o menos inmediatos para su reparación (e incluso decidir o no la interrupción del flujo a través de la tubería) es decir, permitirá la aplicación de la "filosofía" de leak before break" . Al ser un defecto pasante (presente en todo el espesor del tubo) la magnitud a considerar para la determinación del factor intensidad de tensiones es la longitud de la grieta en la dirección axial [29,30].

Hay estudios de falla realizados, que alertan la necesidad de considerar durante el análisis de una falla, la posibilidad de la incubación de una grieta de fatiga durante el transporte del tubo. Clasifican a la transportación marítima como la más riesgosa, por la combinación del efecto de la transportación con la agresividad del ambiente marino.

Se ha llegado a demostrar que hasta el orden en que son colocados los tubos (tubos pesados sobre otros más ligeros) y la cantidad de tubos (cuando se apilan muchos tubos en las bodegas de los barcos), influye sobre la posibilidad de que ocurra la fatiga por transportación [31].

Bibliografía consultada

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Autor:

MSc. Enrique Velazquez Perez.

Dr. Alejandro Duffus Scott.

Dr. Eduardo Díaz Cedre.

Dr. Amado Cruz Crespo.

MSc. Alexis Maza Sánchez.