Análisis de integridad estructural de unión flange-tubería para un mineroducto de cobre mediante método de elemento finito

Abstract

En la minería resulta fundamental el transporte del material extraído en los yacimientos hacia las plantas de procesos y desde éstas hasta los puertos o fundiciones para seguir con la cadena de producción. Gracias al desarrollo de técnicas de transporte de sólidos en suspensión en agua al interior de tuberías, las capacidades de transporte han aumentado significativamente, incrementando la tasa de producción en la minería. Hay diseños en la actualidad, que utilizan espesores no estándar de tuberías y éstos han presentado fallas, por lo que se busca determinar si hubo errores en el diseño de las tuberías. Se realizó una simulación mediante el método de elemento finito, en 2 etapas. Primero, un modelo uniaxial de la tubería entre 2 apoyos, ubicados a una distancia de doce metros entre sí, para luego exportar los resultados de esta primera simulación a un modelo tridimensional de una porción de la tubería, mediante el método de substructure. En el punto medio entre los apoyos, existe un flange del tipo welding neck. Se llevó a cabo un análisis de resistencia a la fatiga, y se determinó que el diseño no cumplía con los criterios de falla por fatiga con factores de seguridad para diferentes modelos, todos menores que 1. Por lo que era esperable que la tubería presentara fallas. Se estudiaron modificaciones al diseño, con apoyos a diferentes distancias, apoyos ubicados a ocho metros o menos entre sí, son los que aumentan los factores de seguridad, sin embargo estas distancias no se utilizaron debido al incremento de costos que significaba la instalación de mayor cantidad de apoyos. También se estudiaron los efectos de transportar la pulpa a una velocidad inferior a 5 [m/s] obteniendo factores de seguridad superiores a 1. Sin embargo, no es recomendable transportar la pulpa con la que trabaja esta tubería, a velocidades menores a 5 [m/s], por lo que esta solución puede ser tomada en cuenta para diseños futuros.