Aplicação de ensaios de fadiga por flexão em três pontos em corpos de prova de tubos contendo a solda para utilização de avaliação em fadiga de minerodutos fadiga de minerodutos
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Editor
Universidade Federal de Minas Gerais
Descrição
Tipo
Dissertação de mestrado
Título alternativo
Primeiro orientador
Membros da banca
Alexandre Queiroz Bracarense
Ariel Rodríguez Arias
Ernani Sales Palma
Jefferson José Vilela
Ariel Rodríguez Arias
Ernani Sales Palma
Jefferson José Vilela
Resumo
Minerodutos apesar de geralmente não serem projetados considerando fadiga, podem estar sujeitos
a este tipo de mecanismo de falha, dependendo das suas condições operacionais. Bombeamento
indesejável por bateladas de polpa de minério e água, paradas/partidas inesperadas devido à
problemas de baixa confiabilidade das estações de bombas, problemas no sistema de
amortecimento e falta de dessincronização de bombas de deslocamento positivo operando em
paralelo podem ocasionar ciclos severos de pressão em todo o sistema do mineroduto e
principalmente nas soldas longitudinais que é a parte mais sensível para degradação em fadiga.
Para evitar sérios incidentes de vazamentos devido a trincas de fadiga, torna-se necessário a
avaliação das soldas longitudinais sobre o ciclo real de carregamento de operação.
Este trabalho tem por objetivo demonstrar a aplicabilidade de testes de fadiga por flexão em três
pontos utilizando corpos de prova curvos com a geometria original da tubulação e a solda
longitudinal de fabricação para utilização em avaliações da vida em fadiga de minerodutos. As
tensões atuantes na margem da solda devido a aplicação de carga estática no teste de flexão em três
pontos utilizando o corpo de prova curvos foram correlacionadas com as tensões atuantes na
margem da solda em um tubo submetido a pressão interna durante operação. Esta correlação foi
feita através de simulações em elementos finitos, validados com extensometria e cálculos
analíticos. Assim uma curva de fadiga por flexão em três pontos, onde o resultado é força por
quantidade de ciclos até a falha, pode ser convertida em uma curva de pressão interna por
quantidade de ciclos até a falha. Com todo histórico de pressões de operação do mineroduto, é
possível realizar a contagem de ciclos de pressão pelo método do “rainflow”, e através da nova
curva gerada é possível realizar a avaliação de fadiga pelo método do dano acumulado. Os
resultados mostraram que é possível utilizar os testes propostos para avaliação de fadiga da solda
longitudinal de minerodutos de forma satisfatória.
Abstract
Slurry pipelines, although generally not designed with fatigue considerations in mind, can be
subject to this type of time-dependent failure mechanism driven by their operational cyclic pressure
conditions. Undesirable batch pumping of slurry and water, unexpected stops/starts due to low
pump stations reliability, problems in the hydraulic dampening system of reciprocating pumps and
no phase shift control between the pumps operating in parallel can lead to significant fatigue cycles
throughout the pipeline system. This is exacerbated at the long seam weld which is more sensitive
to fatigue degradation. To avoid slurry leaks due fatigue induced cracks, it becomes necessary to
evaluate the fatigue performance of the long seam weld under realistic operational cyclic loading.
The purpose of this work was to demonstrate the applicability of a three-point bend fatigue test on
curved specimens containing a weld for use in fatigue assessments of slurry pipelines.
The major challenge of this work was to correlate the stresses at the weld toe due to the application
of static load in the three-point bending test in a curved test piece, and the stresses at the weld toe
in a pipe submitted to internal pressure during operation. This correlation was made through finite
element simulations validated with extensometry and analytical calculations. Thus, a three-point
bending fatigue curve, where the result is force by number of cycles to failure, can be converted
into an internal pressure curve by number of cycles until failure. With the historic of pipeline
operating pressures, it is possible to perform the pressure cycle counting by the rainflow method,
and through the new generated curve it is possible to perform the fatigue evaluation by the
cumulative damage method. The results demonstrated that it is possible to use the proposed testing
approach for the evaluation of the fatigue performance of the slurry pipeline long seam weld.
Assunto
Engenharia mecânica, Soldagem, Minérios - Tubulações
Palavras-chave
Soldagem, Fadiga, Minerodutos