Monteros Azurmendi, Lucas E. (2016) Evaluación de la integridad estructural de tubos de generadores de vapor con defectos volumétricos debidos al fretting. / Evaluation of the integrety structural of steam generation with defects due to fretting. Proyecto Integrador Ingeniería Mecánica, Universidad Nacional de Cuyo, Instituto Balseiro.
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Resumen en español
Los Generadores de vapor (GVs) en una central nuclear están conformados por un manojo de tubos que actúan como una barrera entre el sistema primario contaminado y el secundario. A través de los tubos de GVs (TGVs) se desarrolla el intercambio de calor que produce el vapor que después accionará las turbinas de la central. Estos componentes están sometidos a unas condiciones térmicas, químicas y mecánicas bastante severas, que pueden provocar la aparición de defectos geométricos y volumétricos comprometiendo su integridad estructural. Es por esta razón que el mantenimiento de los GVs es importante para la operación económica y segura de las centrales nucleares. Uno de los principales mecanismos de desgaste de los tubos de GVs es el fenómeno conocido como fretting. El mismo provoca el adelgazamiento de las paredes de los TGVs debido a pequeños movimientos relativos entre superficies en contacto. Dado el caso particular de los GVs del reactor CAREM-25 en los que el circuito primario se encuentra del lado externo de los tubos que lo constituyen, la ocurrencia de este mecanismo de daño podría comprometer la integridad de los mismos haciéndolos más susceptibles al daño por colapso. El presente trabajo constituye una continuación del Proyecto integrador finalizado en el 2015 por Pablo Lazo en el que se evaluó la influencia de efectos de ovalización en el colapso de los tubos de los GVs. Se evalúa ahora la influencia de defectos volumétricos debido a fretting. Esto se realizó a través de modelos numéricos que estiman la presión de colapso en los tubos con y sin defecto. Los resultados de los modelos se compararon con resultados de expresiones analíticas obtenidas por otros autores, valores experimentales propios y otros valores de referencia. A partir del análisis de los resultados se derivaron algunas conclusiones que ayudan a entender el comportamiento de los tubos de GVs con defectos debido a mecanismo de daño por fretting. Además se desarrollaron expresiones matemáticas que ayudan a definir las dimensiones de los defectos que comprometen la integridad estructural de los TGVs en el caso del reactor CAREM-25.
Resumen en inglés
Steam generators are one of the most important components in a nuclear power plant. They are composed of a bundle of tubes (Steam Generator Tubes, SGTs) that act as a barrier between the water in the reactor core and the secondary circuit. In them, the heat generated in the nucleus and transported by the primary circuit is transferred to the secondary circuit to produce the steam that drives the turbine and then the electric generator to produce electricity. These components work under severe thermal, chemical and mechanical conditions that generate geometric and volumetric defects that might compromise their structural integrity. Therefore, maintenance of steam generators is extremely important to assure an economically efficient and safe operation of a nuclear power plant. Fretting is one of the most important degradation mechanisms acting in SGTs because it results in tube wall thinning due to the removal of material in the contact area between the tubes and their separators. This local thinning increases the susceptibility to failure by the mechanisms of collapse in case the tubes are exposed to positive differential external pressure. This is precisely the condition occurring in SGTs of the CAREM-25 modular reactor in which the primary cooling system flows on the external side of the tubes while the water and steam of the secondary circuit does so on the internal side. In the present project, the effect on the collapse pressure of SGTs of volumetric defects of the type produced by fretting damage is analyzed. The collapse pressure is estimated on tubes with and without defects through numerical simulations. The results are then compared to those obtained by analytical expressions proposed by other authors, with own experimental data and with information available from other references. The present work was performed in a more general context which included a previous assessment of the influence of tube ovalization on the collapse pressure of SGTs subjected to the same service conditions.
| Tipo de objeto: | Tesis (Proyecto Integrador Ingeniería Mecánica) |
|---|---|
| Palabras Clave: | Fretting corrosion; Corrosión por frotamiento; Tubes; Tubos; Steam generation; Generación de vapor de agua; Defects; Defectos;[Colapse; Colapso; CAREM-25 reactor; Reactor CAREM-25; Mechanical design; Diseño mecánico; Volumetric defects; Defectos volumétricos] |
| Referencias: | [1] Yoon-Suk Chang– Limit load analyses of helical coiled steam generator tubes with volumetric flaw- Fatigue & Facture of Engineering Material &Structure, 23 of February 2012. [2] Jordi Vidal Capó– Programa de mantenimiento de los generadores de vapor de las centrales de agua a presión- Septiembre 2005. [3] Delmastro D., Gomez S., Mazzi R. y Gomez de Soler S., Santecchia A. y Ishida V.- Caracteristicas generales del reactor CAREM-25. [4] Alexandre Semine- Diseño del sistema de transporte del robot de inspección de los tubos de los generadores de vapor y un breve análisis de los sensores- Junio 2011. [5] María C. Magni, Christian P. Marcel y Darío Delmastr- Estudio de la estabilidad Termo-Hidraulica de un generador de vapor con tubos helicoidales- Septiembre 2014. [6] Pablo Lazo- Evaluación de integridad estructural de tubos de generadores de vapor por defectos geométricos- Junio 2015. [7] M. S. M. Rao y G. D. Grupta- Vibration and wear Prediction for Steam Generator Tubes- June 1988. [8] Ki-Wahn RYU, Chi-Young PARK, Hyung.Nam KiM & Huinam RHEE- Prediction of fretting wear depth for steam Generator Tubes on various types of wear Scars- 04 june 2016. [9] Stephen P. Timochenko & James M. Gere- Mecánica de los materiales, segunda edición- Editorial latinoamericana 1968. [10] R.C. Hibbeler- Mecánica de los materiales, sexta edición- Pearson Educacion, México, 2016. [11] Feed B. Seely y Jame O. Smith- Curso superior de Resistencia de materiales, segunda edición- Ed. Nigar S.R.L., Buenos Aires 1997. [12] S. Timoshenko- Resistencia de materiales, segunda parte- Ed. Espasa Calpe S.A., Madrid 1957. [13] Leone Corradi, Lelio Luzzi y Fluvio Trudi- Collapse of thick Cylinders Under Radial Pressure and Axial Load- Milan Italia, Julio 2005. [14] S. Timoshenko y J. Gere- Theory of elastic stability, segunda edición- E.d Mc Grow- Hill 1963. [15] Analisis User’s Manual, Vol. II: Analysis. Section 6.2.2. [16]Analisis User’s Manual, Vol. II: Analysis. Section 6.2.4. [17] Ramin Lam Jamedari- Collapse Capacity for a Pipeline with Thick Coating- May 2015. [18] Heinrich Gerling –Alrededor de la Máquina-Herramientas, segunda edición- Ed. Revrte, S.A. 1964. [19] www.demaquinasherramientas.com- introducción a la electroerosión- noviembre 2013. [20] William D. Callister, jr.– Ciencia e Ingeniería de los materiales- Ed. Reverté, S.A. [21] “Steam Generator Integrity Assessment Guidelines”, revision 2, 1012987. EPRI, Julio 2006, p. 2-1. |
| Materias: | Ingeniería > Defectos de los materiales Ingeniería mecánica Ingeniería mecánica > Máquinas térmicas en general Ingeniería nuclear > Control y funcionamiento de reactores |
| Divisiones: | Investigación y aplicaciones no nucleares > Física > Física de metales Presidencia > Gcia. de área CAREM |
| Código ID: | 561 |
| Depositado Por: | USUARIO INVÁLIDO |
| Depositado En: | 05 Sep 2016 15:38 |
| Última Modificación: | 05 Sep 2016 15:38 |
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