En resumen, en el presente documento de tesis se ejecutó la aplicación de una metodología de evaluación de la capacidad para el servicio, brindada por la institución API en la su norma API 579-1/ASME FFS-1 2007, a una tubería de acero A 53 grado B que presente pérdida localizada de material; esto después de haberla dañado de forma conveniente para que presente el defecto en mención. En el primer capítulo, se desarrolló y cumplió con el primer objetivo específico del proyecto de tesis, el cual era estudiar los fundamentos teóricos, como por ejemplo qué es la entidad reguladora API, cuál es el alcance de la norma involucrada y sobre todo cuáles son los mecanismos de daño que causan una pérdida localizada de material, todo lo cual era necesario conocer para la adecuada comprensión y desarrollo de la metodología de evaluación. En el segundo capítulo del documento de tesis, se cumplió con otro de los objetivos, el cual era estudiar y desarrollar la metodología de evaluación, la cual brinda un procedimiento a seguir para poder inspeccionar cualquier tubería que esté dentro del alcance de la norma. Sobre esta base, en el capítulo 3, este procedimiento fue aplicado al componente adquirido para el presente trabajo de tesis, el cual fue la tubería de acero A 53 grado B. Hay que mencionar que previo a la aplicación de la evaluación de la capacidad para el servicio (o evaluación FFS) a la tubería, esta debía presentar algún tipo de pérdida localizada, por lo que también se describió el procedimiento que se siguió para dañar la tubería con el objetivo que presente el defecto mencionado anteriormente. Finalmente, se concluye el presente documento de tesis con el capítulo 4, en el cual se desarrolló el ensayo hidrostático practicado a la tubería involucrada. Este ensayo permite validar la evaluación de la capacidad para el servicio (o evaluación FFS) que se desarrolló en el capítulo 3 y de esa forma respaldar todo el trabajo desarrollado en esta tesis cumpliendo así el objetivo principal de la tesis, el cual era aplicar una metodología de evaluación FFS a la tubería dañada. / Tesis

Ante la problemática observada con respecto a la cantidad de energía disipada por la fractura frágil, la rapidez con la que se genera y las consecuencias que posteriormente esto conlleva, se desarrollará el siguiente proyecto de tesis. Esta tiene como objetivo realizar una evaluación y un análisis a una tubería sujeta a presión, con el fin de reducir el riesgo de fractura frágil. Adicionalmente se determinará si la tubería puede continuar en servicio. Un riesgo de fractura frágil se puede presentar debido al cambio de las condiciones de operación; es decir, cuando cambia la temperatura del proceso (disminuyendo la temperatura a la que fue diseñada), cuando es necesaria una temperatura mínima para una prueba hidrostática, cuando el equipo ha sido sometido a condiciones que puedan causarle fragilidad; y por último, cuando se usa una presión mayor a 55 MPa (8 ksi) en o cerca a la temperatura ambiente con una pared igual o mayor a 50 mm (2 in). A partir de la API 579 se presentan procedimientos y un análisis de las nuevas condiciones de operación, realizándose ensayos no destructivos para evaluar las condiciones en las que se encuentra la tubería y poder cumplir con los criterios de evaluación a los que estará sometido este componente. Para el presente proyecto de tesis, se considera una temperatura de exposición crítica de -18 °C a la que estará expuesta la tubería, la que pasará por diferentes niveles de .evaluación con la finalidad de dar condiciones de operación que reduzcan el riesgo de fractura frágil. En el primer capítulo del presente documento se detallan definiciones para que el lector pueda entender y comprender los procedimientos y términos que se presentan. El segundo capítulo presenta los procedimientos para realizar la evaluación junto con las gráficas respectivas y los alcances de los mismos, el tercer capítulo es el desarrollo de la evaluación a la tubería en mención y por último, se muestran las observaciones, recomendaciones y las conclusiones respectivas. / Tesis

El efecto de la corrosión por picadura empieza en la superficie de la tubería llegando a perforarla y ocasionar fugas. Debido a ello en el presente proyecto se definen los conceptos de este tipo de corrosión, la metodología de evaluación de las picaduras en tuberías a presión, y el desarrollo de ejemplos prácticos para evitar los efectos de la corrosión por picadura. En la evaluación se tiene como base el capítulo 6 de la Norma API 579, la cual permite determinar la integridad física de la tubería y además la Norma ASME B31.3 que aporta las condiciones para el desarrollo del ensayo hidrostático y con ello validar los cálculos realizados. La evaluación de la corrosión por picadura se realiza mediante dos niveles de evaluación. Estos se basan según el tipo de picadura como son el de picadura generalizada, picadura localizada, picadura localizada en un área local delgada o picadura generalizada con un área local delgada. Cada nivel cuenta con limitaciones para realizar la evaluación. Para el dimensionamiento de las picaduras se tienen los procesos de inspección visual y de ensayos no destructivos, teniendo cada uno como objetivo la definición de las dimensiones de la picadura. Los niveles de evaluación se enfocan en determinar los nuevos parámetros de operación de la tubería dañada como es la Máxima Presión de Trabajo, la cual debe ser mayor a la de Presión de Diseño o de Operación, y a su vez el daño ocasionado en la tubería que debe de cumplir con los criterios que aprueban la fisonomía de la picadura. Los resultados de la evaluación determinarán si se tiene la aptitud para continuar en servicio conteniendo el daño encontrado. Para luego con el cálculo de la vida remanente, la cual tiene como variable la velocidad de corrosión por el medio al cual está expuesta la tubería, tiene como fin calcular el tiempo de operación o el tiempo de una próxima inspección o la reparación o cambio de la sección dañada y tener como objetivo una visión acertada del estado del componente y confirmar la fiabilidad del componente dañado durante su uso. / Tesis

A nivel mundial es común el uso de tuberías de acero de bajo carbono para contener o transportar diferentes fluidos a presión en el sector industrial. Estos componentes a presión no están libres de sufrir algún daño por fuego o calor radiante, los cuales causan paros inesperados y pérdidas económicas a las industrias, por ello realizar una evaluación de las aptitudes de servicio a los componentes que han sufrido daño por fuego da la posibilidad de evaluar si el componente puede seguir funcionando en las mismas condiciones de trabajo, diferentes o ser retirados de servicio. El objetivo del presente trabajo es evaluar la integridad de una tubería de acero de bajo carbono que ha sido intencionalmente dañada por fuego en el laboratorio, mediante el estudio y aplicación de la metodología del API 579-1/ASME FFS-1, además del uso del grado de daño de Neubabuer para evaluar el daño microestructural, con la finalidad de mostrar de forma practica el uso de la metodología y determinar si la tubería puede continuar en servicio. Con este fin, primero se preparó una tubería de acero de bajo carbono para someterla a diferentes temperaturas y tiempos de exposición al calor con la intención de ocasionar un daño por fuego. Luego, se siguió la metodología de forma experimental usando diferentes tipos de ensayos como inspección visual, ensayo de dureza y metalografía, en base a normas ASTM (American Society for Testing of Materials). Los resultados obtenidos fueron analizados para determinar qué cambios ocurrieron en la microestructura y propiedades mecánicas, después se determinó una nueva máxima presión admisible de trabajo en función a los resultados de las pruebas evaluadas de la tubería dañada por fuego, finalmente se corroboro con una prueba hidrostática en el laboratorio. Esta tesis, proporciona de forma práctica el análisis de componentes a presión como tuberías que han sufrido daño por fuego. En base a la evaluación se puede concluir por ejemplo que la tubería analizada a pesar de estar dañada por fuego puede seguir operando con una nueva presión de operación de 817 psi (presión de diseño 1180 psi) y no es necesario repararla o reemplazarla. / Tesis

Ingeniero Civil Mecánico / Esta memoria de título busca diseñar e implementar un sistema de análisis de riesgo mediante tablas y matrices de evaluación para la verificación del cumplimiento de procedimientos y normas técnicas en el diseño, construcción y gestión de materiales en una línea de piping. En forma adicional, se define un procedimiento para la estimación de la confiabilidad estructural en líneas de piping con defectos por corrosión como una forma de complementar la evaluación de riesgos en tramos de tubería. Para el diseño e implementación del sistema de evaluación de riesgos se usa un modelo de indexación mediante el cual se asignan puntajes de riesgo a las variables que determinan la confiabilidad de la unidad, para lo cual se define una escala de puntos de acuerdo a parámetros cualitativos y cuantitativos de los activos analizados. Para esto se propone una metodología para clasificar y agrupar los elementos que componen una línea de piping, lo que permitirá segmentar el sistema en unidades con similares características para aplicar el análisis de riesgos. El sistema de evaluación de riesgos es implementado en un caso ejemplo, del cual es posible constatar la sensibilidad de los resultados respecto a la ponderación efectuada para cada uno de los criterios de evaluación. Además se verifica la efectividad del sistema de evaluación al obtener mayores puntajes de riesgo en aquellas zonas donde la tubería del caso ejemplo falló. Para la estimación de la probabilidad de falla en una tubería con corrosión se evalúa su presión de ruptura de acuerdo a los modelos ASME B31G, ASME B31G Modificado, DNV RP-F101 y Netto (2005). La simulación de confiabilidad estructural se realiza mediante métodos de primer orden (FORM) en el software COMREL, la cual es validada mediante simulación de Monte Carlo con el software MATLAB. Mediante el software COMREL se realiza un análisis de sensibilidad de las variables aleatorias que determinan la confiabilidad de una línea de piping, siendo esta altamente sensible a la profundidad de desperfecto causado por la corrosión. Se elabora un software de confiabilidad estructural mediante la extensión GUI de MATLAB que permite la evaluación de probabilidad de falla, riesgo, frecuencia óptima de inspecciones y probabilidad de detección de desperfectos de corrosión.

En la actualidad, los Ensayos No Destructivos (END) han desempeñado un papel muy importante en el control de calidad de componentes en la industria uno de estos ensayos aplicados con mayor frecuencia es la Radiografía Industrial (RI) usada principalmente para la identificación y clasificación de las discontinuidades de soldadura. Este ensayo tiene la ventaja de alta fiabilidad, versatilidad y capacidad de otorgarnos un registro permanente de información. La RI es muy utilizada en los procesos industriales, en los que líquidos y gases son transportados por tuberías soldadas. Para poder realizar este ensayo se debe detener el proceso de la planta lo que, como se sabe, significaría una pérdida de tiempo y de costo para la industria donde se realice dicho ensayo: el tipo de material y su espesor harían más prolongado el tiempo de exposición de la soldadura en la tubería, sin contar con que esta debería estar vacía. El presente trabajo de investigación ha tenido como propósito encontrar un factor de corrección para el tiempo que debe estar expuesta una tubería soldada de acero inoxidable, en la cual hay líquido, en este caso agua; asi se busca conseguir una radiografía que cumpla con los criterios de calidad establecidos por las normas de fabricación. Previamente se realizó un estudio para definir los parámetros involucrados en esta técnica. El manejo de estos parámetros se realizaron de acuerdo al Artículo 2 del Código ASME, sección V, Edición 2013, y acorde a lo recomendado en el Apéndice A "Recommended Radiographic Technique Sketches for Pipe or Tube Welds" de dicho Código. Después de realizar varias pruebas en el laboratorio en las que se utiliza un factor que se multiplica, en cada ensayo realizado, al tiempo de exposición de la tubería llena de agua expuesta a los rayos X, sin variar su voltaje y amperaje, se logra obtener un valor de corrección para este tiempo, el cual es aceptable y que cumple con los criterios de calidad. Al final del presente trabajo de investigación, se presenta el valor del factor de corrección que se puede utilizar para los ensayos de RI que se realicen a tuberías de acero inoxidable con agua. / Tesis

Ingeniero Civil / El objetivo de este trabajo es el de presentar una revisión de estado del arte del análisis del comportamiento de tuberías enterradas frente a solicitaciones sísmicas. Para lo anterior, se realizó una revisión bibliográfica con el objeto de establecer las filosofías de diseño de tuberías enterradas e identificar los modelos numéricos más citados en la literatura, para luego clasificarlos y describirlos en términos de los métodos de análisis utilizados, sus hipótesis y tipos de amenazas sísmicas. Además, se realizó una breve descripción de los daños en los sistemas de tuberías a raíz del sismo del 27 de febrero de 2010. Los modelos escogidos han sido clasificados en dos categorías según el tipo de amenaza sísmica presente en el problema. En primer lugar, se han agrupado los modelos asociados a la acción de ondas sísmicas, y en segundo lugar, se han agrupado los modelos asociados a amenazas presentes en el suelo, como lo son las fallas geológicas, deslizamientos y desplazamientos permanentes en el suelo. Además, se presentan algunas comparaciones al final de cada capítulo, y en el caso de los efectos asociados al suelo (fallas geológicas), se compara con resultados numéricos de modelos no considerados por las guías de diseño utilizadas. En base a los resultados obtenidos, la profundidad de entierro, y en general, los parámetros del suelo que proporcionan un aumento en las fuerzas de interacción en la interfase suelo-tubería, inciden negativamente en la respuesta de ésta, pues aumentan las deformaciones unitarias en el elemento. Por último, en la norma NCh2369.Of2003 no contempla el diseño de este tipo de elementos, por lo que es deseable contar en el mediano plazo con alguna norma que incluya este apartado, pues se presenciaron daños en tuberías enterradas luego del sismo del 27 de febrero de 2010.

Ingeniero Civil Mecánico / El presente trabajo de título, de carácter experimental, trata sobre la descripción y estudio de las vibraciones producidas por saltos hidráulicos (SH) en una tubería, temática que hasta la fecha no ha sido abordada desde el punto de vista de las vibraciones mecánicas. Los estudios se realizan en una instalación diseñada y construida para forzar la aparición del salto hidráulico para cuatro razones de llenado diferentes en una tubería de diámetro interno 1 ¾ de pulgada. Esta instalación consiste en una bomba centrífuga, una tramo vertical de alimentación, un tramo horizontal en donde se produce el SH, un tramo de descarga y un estanque, conectados como un circuito cerrado en donde el agua recircula. Para medir las vibraciones se utilizan acelerómetros piezoeléctricos dispuestos de manera axial en la tubería de pruebas. Se mide la respuesta de vibración para distintos niveles de agua. Se determinan cinco modos para la tubería de pruebas para tres niveles de agua distintos, concluyendo que el aumento en la cantidad de agua disminuye las frecuencias naturales de algunos modos y produce la aparición de otros. Por otra parte, se estudia el espectro de las vibraciones producidas en el funcionamiento de la bomba, constatándose diversos peaks característicos en múltiplos de la frecuencia de rotación del motor. Se realizan mediciones con y sin la aparición del salto hidráulico en la tubería de pruebas, para dos razones de llenado. El análisis de los espectros obtenidos, a través de la gráfica de la densidad de potencia espectral, muestra varias diferencias entre los ensayos con y sin salto. En las vibraciones producidas por los saltos hidráulicos se comprueba, a altos números de Froude, el ajuste a la ley de decaimiento f^(-5/3) características de las vibraciones producidas por turbulencia en tuberías presurizadas. Por otra parte, se observa la excitación de diversos modos de la tubería en la evolución del salto hidráulico. Se estudia la evolución del valor RMS de la aceleración de las paredes de la tubería en función del número de Froude para cada razón de llenado. Se obtiene que el valor RMS de las vibraciones varía linealmente con el número de Froude. Por otra parte, se observa que el valor RMS de las vibraciones también crece con la razón de llenado. Al comparar las gráficas obtenidas para ensayos con y sin salto se obtiene que el salto hidráulico juega el rol de amplificar las vibraciones en la tubería ya que las vibraciones en los ensayos sin salto muestran un comportamiento similar en cuanto a linealidad y tendencia. Finalmente, se estudia el efecto de disminuir la distancia entre los soportes de la tubería de pruebas, teniéndose como resultado una disminución en el nivel de las vibraciones registradas.

El presente trabajo pretende caracterizar experimentalmente el fenómeno de la pérdida de presión en dos tipos de tubería: acero al carbono con costura y acero al carbono sin costura, adquiridos en el mercado nacional peruano. Esta caracterización se realiza utilizando aire comprimido, seco y regulado para presiones manométricas entre 1 y 7 bar, bajo condiciones de incompresibilidad en la línea de pruebas y con un rango de número Reynolds entre 9x104 y 8x105. El trabajo comprende la determinación experimental del factor de fricción, mediante un ensayo de pérdida de presión, con la finalidad de comprobar que su comportamiento, para las dos tuberías, obedece al modelo monotónico de Colebrook que se suma a las afirmaciones de Kemler en 1933, Moody en 1944, Schlichting en 1979, Bradshaw en 2000, Perry en 2001 y Langelandsvik en 2008. Esto permite calcular la rugosidad hidráulica para los dos tipos de tubería, resultando que la tubería de acero al carbono con costura tiene una rugosidad hidráulica experimental igual a 0,186 mm, siendo el parámetro de rugosidad Rz y el modelo de Afzal en 2007, las mejores opciones para estimar el valor experimental. Del mismo modo, la tubería de acero al carbono sin costura tiene una rugosidad hidráulica experimental igual a 0,018 mm, siendo el parámetro de rugosidad Rq y los modelos de Langelandsvik en 2008 y Botros en 2016, las mejores opciones para estimar el valor experimental. Así, es posible determinar, con mayor acercamiento, la rugosidad hidráulica (ks) para las tuberías de acero al carbono con y sin costura, conociendo solamente los parámetros de rugosidad superficial (Ra, Rz y Rq). Además, se puede tener la seguridad de utilizar el modelo monotónico de Colebrook para realizar el cálculo del factor de fricción (Λ). Con esto, la estimación de pérdida de presión y el gasto de energía involucrado es mucho más próximo a lo requerido. / Tesis

Las válvulas mariposa son componentes muy utilizados para el transporte de fluidos a través de tuberías. Dentro de estas válvulas, destacan las válvulas mariposas de doble excentricidad por tener ciertas ventajas como por ejemplo la reducción del desgaste de su sellado en comparación con las válvulas mariposas clásicas. Sin embargo, su asimetría origina un comportamiento más crítico en cuanto a las características hidráulicas del flujo, como son: la pérdida de carga, la distorsión del perfil de velocidades y el riesgo a la cavitación. Como es usual utilizar estas válvulas para control on-off de flujos, se desean bajas pérdidas de carga en su posición totalmente abierta. Cuando estas válvulas se sitúan directamente en el ingreso de turbomáquinas, es importante conocer el grado de distorsión del perfil de velocidades que entra en la máquina ya que ésto modifica los ángulos de ataque del flujo con los álabes y con ello el punto de operación. Y si se opera con presiones bajas también se debe considerar el riesgo de cavitación en partes de la válvula donde se eleve localmente la velocidad. Son estas tres características las que se estudiarán en una válvula mariposa previamente diseñada en la PUCP, con el fin de mejorar la geometría original y con ello su comportamiento hidráulico. Idealmente, se deben realizar ensayos experimentales para conocer el comportamiento hidráulico, pero estos métodos generalmente resultan muy costosos. Una alternativa utilizada hoy en día para la optimización de productos es el estudio computacional CFD (Computational Fluid Dynamics) el cual tiene ciertas ventajas, ya que entrega la información de todos los puntos del dominio y permite realizar cambios en la geometría o en el flujo de forma rápida y menos costosa. En el presente trabajo se realiza el análisis CFD de una válvula mariposa de doble excentricidad con un diámetro nominal de 610mm, en posición completamente abierta con un caudal aproximado de agua de 1 m3/s a 10ºC lo que implica una velocidad media en la tubería de aproximadamente 3.5 m/s. Para ello se utilizó el programa ANSYS CFX 14.0 y se empleó el modelo de turbulencia SST. Luego, se realizó una modificación del diseño original para obtener un diseño alternativo el cual es incluso un 2% más ligero. Lo más importante fue que se consiguió una reducción del 38.3% del coeficiente de pérdidas del diseño original y se aumentó un 40.4% la resistencia a la cavitación del diseño original. Sin embargo, al igual que en el diseño original, el flujo recién comienza a recuperar la forma que tenía antes de ingresar a la válvula después de 14 diámetros nominales aguas abajo de la misma. / Butterfly valves are components used for the transport of fluids through pipes. Among these valves, double eccentric butterfly valves have certain advantages, for example the reduction of wear in the sealing system compared to classic butterfly valves. However, its asymmetry originates some problems in the hydraulic characteristics of the flow such as: pressure loss, distortion of the velocity profile and the risk of cavitation. It is usual to use these valves in the control on-off of flows and because of that, minimum losses are desired when the valves are fully opened. When these valves are located directly at the inlet of turbomachinery, it is important to know the degree of distortion of the velocity profile that enters the machine because this can modify the angles of attack of the flow with the blades and thus the point of operation. And if the valve operates with low pressures, it will be necessary to study the risk of cavitation in the regions of the flow with high velocities. These three characteristics are going to be studied in a butterfly valve previously designed at PUCP, in order to improve the original geometry and its hydraulic behavior. Ideally, experimental methods are required in order to know the hydraulic behaviour, but these methods are usually very expensive. An alternative used today for the optimization of products is the computational study CFD (Computational Fluid Dynamics), which has certain advantages, since it gives information of all the points of the domain and allows the researcher to make fast and inexpensive changes in geometry or flow conditions. In this work, a CFD analysis of a double eccentric butterfly valve is done. The nominal diameter of the valve was 610mm and the valve was fully opened. Its nominal flow was approximately 1 m3/s of water at 10 °C which implied a mean velocity of the flow of 3.5 m/s. The CFD simulation was done using ANSYS CFX 14.0 and the SST turbulence model was used. Then, a modification of the original design was made in order to obtain an alternative design which was 2% lighter. The most important achievement was that the alternative design had a reduction of 38.3% of the loss coefficient of the original design and had an increased of 40.4% of the cavitation resistance of the original design. However, the same as the original design, the flow started to achieve a uniform velocity profile after 14 nominal diameters, downstream of the valve. / Tesis