Dispositivo de ensayo para la aplicación simultánea de un gas de ensayo y una carga mecánica a una pieza a ensayar en forma de disco, así como procedimiento de ensayo correspondiente.

Dispositivo de ensayo (10) para la aplicación simultánea de un gas de ensayo fluyente y sometido a presión y una carga mecánica a una pieza a ensayar (12) en forma de disco,

que comprende los siguientes componentes:

- un asiento de muestra, que está diseño de tal modo que una región de borde de la pieza a ensayar (12) está situada sobre el asiento de muestra y una región interior de la pieza a ensayar (12) es accesible desde su cara superior e inferior;

- un troquel (24) dispuesto por encima del asiento de muestra, con el que puede ejercerse una carga mecánica prefijable sobre la cara superior de la pieza a ensayar (12); y

- un platillo de alimentación de gas (28) dispuesto por debajo del asiento de muestra, con el que el gas de ensayo puede conducirse hasta la cara inferior de la pieza a ensayar (12),

caracterizado porque

el platillo de alimentación de gas (28) está diseñado preferiblemente de forma que puede graduarse en su posición relativa respecto a la pieza a ensayar (12), de tal manera que puede variarse una anchura de rendija entre la pieza a ensayar (12) y el platillo de alimentación de gas (28).

Dispositivo de ensayo para la aplicación simultánea de un gas de ensayo y una carga mecánica a una pieza a ensayar en forma de disco, así como procedimiento de ensayo correspondiente

La invención hace referencia a un dispositivo de ensayo para la aplicación simultánea de un gas de ensayo fluyente y sometido a presión y una carga mecánica a una pieza a ensayar en forma de disco, así como procedimiento de ensayo correspondiente

Antecedentes tecnológicos v estado de la técnica

Piezas constructivas de los materiales más diferentes se someten en la práctica con frecuencia a elevadas cargas mecánicas en presencia de gases fluyentes corrosivos bajo sometidos a presión. Ejemplos de estas piezas constructivas son paletas de turbinas de gas, compresores, oleoductos e inyectores de CO2 de instalaciones de transporte de petróleo o gas para explotar campos petrolíferos o gaseosos. La aplicación por primera vez de materiales nuevos o incluso conocidos en estas piezas constructivas exige una evaluación del riesgo de fallos. Los métodos de diseño actuales utilizan unos valores indicativos, que derivan de ensayos puramente mecánicos y ensayos puramente de corrosión. Los resultados se combinan casi siempre de tal manera, que se calculan la pérdida de material o la pérdida de peso a causa de la erosión gaseosa y la corrosión gaseosa a lo largo del tiempo y a la resistencia de material residual se asocia una característica mecánica con factor de riesgo. Este método falla si el material modifica sus características mecánicas, respectivamente si pierde resistencia más intensamente que lo previsto en el factor de riesgo. El método puede fallar en especial si la carga mecánica y la corrosión se retroacoplan positivamente, es decir la velocidad de corrosión aumenta bajo carga. En el caso de sistemas conductores de presión es necesario prestar atención además a una dependencia de la presión total. Una consecuencia de las limitaciones de los procedimientos de ensayo conocidos es que, por motivos de seguridad, no se incluye el pleno potencial de los materiales usados a la hora de calcular el riesgo de fallo.

Se conocen ensayos de corrosión estandarizados con una superposición mecánica simultánea, en los que se analizan tensiones por flexión o tracción en un medio fluyente corrosivo. Existen asimismo procedimientos de ensayo, con los que puede determinarse una dependencia de la temperatura de la velocidad de corrosión. La superposición de temperatura, tensión y carga puede registrarse de forma conocida en ensayos de tracción y flexión.

De este modo el documento US 4 567 774 A describe la determinación del comportamiento mecánico de materiales sólidos, con la utilización de muestras en miniatura. El documento DE 196 37 788 C1 describe una instalación modular móvil para la creación de un clima corrosivo constante y cambiante para cámaras de ensayo que pueden hacerse funcionar en paralelo, y el documento FR 2 738 063 describe una disposición de ensayo para establecer un fenómeno de fatiga en entorno higrotérmico.

Los dispositivos de ensayo conocidos y los procedimientos de ensayo correspondientes presentan, según el diseño y la aplicación, inconvenientes adicionales como por ejemplo:

una presión total adicional sólo puede aplicarse casi siempre en piezas a ensayar huecas desde el interior. La producción de estas piezas a ensayar es muy costosa.

Con frecuencia la elección de los medios corrosivos está muy limitada por las realizaciones para la aplicación mecánica de carga y los porta-muestras.

En los ensayos de tracción estandarizados se utilizan piezas a ensayar especiales, cuya producción es muy compleja.

A menudo se calientan las piezas a ensayar. Esto no se corresponde normalmente con la aplicación técnica, por ejemplo en el caso de contenedores y tubos.

Mediante paredes de reactor y/o instalaciones de horno voluminosas sólo se obtienen unas velocidades de enfriamiento bajas.

Los porta-muestras que sufren corrosión deben refrigerarse intensamente, para que los mismos no se corroan por sí mismos.

La tarea de la presente invención consiste en proporcionar un dispositivo de ensayo y un procedimiento de ensayo, que superen uno o varios de los inconvenientes descritos del estado de la técnica y permitan evaluar mejor el riesgo de fallo de piezas constructivas, que son sometidas simultáneamente a procesos corrosivos y a una carga mecánica.

Resumen de la invención

Un primer aspecto de la invención reside en la aportación de un dispositivo de ensayo para la aplicación simultánea de un gas de ensayo fluyente y sometido a presión y una carga mecánica a una pieza a ensayar en forma de disco. El dispositivo de ensayo conforme a la invención comprende los siguientes componentes:

un asiento de muestra, que está diseño de tal modo que una región de borde de la pieza a ensayar está situada sobre el asiento de muestra y una región interior de la pieza a ensayar es accesible desde su cara superior e inferior;

un troquel dispuesto por encima del asiento de muestra, con el que puede ejercerse una carga mecánica prefijable sobre la cara superior de la pieza a ensayar; y

un platillo de alimentación de gas dispuesto por debajo del asiento de muestra, con el que el gas de ensayo puede conducirse hasta la cara inferior de la pieza a ensayar.

Con ayuda del dispositivo de ensayo conforme a la invención es por primera vez posible ensayar, de forma definida, la influencia simultánea de carga mecánica y erosiones gaseosas o corrosiones gaseosas. El dispositivo de ensayo se asienta con ello, entre otras cosas, sobre un molde plano estandarizado de la pieza a ensayar, que puede producirse de forma sencilla y económica para muchos materiales. Las superficies de las piezas a ensayar en forma de disco pueden soportar, dado el caso, también unos recubrimientos.

El dispositivo de ensayo conforme a la invención comprende según esto unos medios para la aplicación simultánea de un gas de ensayo bajo presión (un gas potencialmente corrosivo) y una carga mecánica a la pieza a ensayar. Aparte de esto, sin embargo, puede variarse también otros parámetros del procedimiento de ensayo, p. ej., una presión total, una temperatura de la pieza a ensayar o una temperatura del gas de ensayo, velocidad de fluencia del gas sobre la pieza a ensayar. Los medios para esto necesarios del dispositivo de ensayo se explican más adelante con mayor detalle.

Según una forma de realización preferida el asiento de muestra, el troquel y el platillo de alimentación de gas están dispuestos en el interior de un contenedor de ensayo resistente a la presión. En otras palabras, el dispositivo de ensayo está diseñado para llevar a cabo procedimientos de ensayo en los que en el interior del contenedor de ensayo reina una presión hiperbárica. El dispositivo de ensayo puede estar diseñado por ejemplo para procedimientos de ensayo bajo una presión de hasta 350 bares. De este modo la presión en el interior del contenedor de ensayo puede estar disponible como parámetro ajustable para el procedimiento de ensayo.

El contenedor de ensayo presenta de forma preferida como envoltura exterior una envuelta doble que puede ser atravesada por un refrigerante. Si la envuelta doble está acoplada por ejemplo a un termostato, a través del refrigerante circulante puede regularse una temperatura en el interior del dispositivo de ensayo.

El asiento de muestra conforme a la invención está diseñado de tal manera, que una región de borde de la pieza a ensayar está situada sobre el asiento de muestra y una región interior de la pieza a ensayar es accesible desde sus caras superior e inferior. En otras palabras, la pieza a ensayar sólo se mantiene sobre sus bordes en la posición necesaria para llevar a cabo el procedimiento de prueba. Toda la región interior de la pieza a ensayar está disponible para aplicar una carga y someter a un esfuerzo al gas de ensayo.

El dispositivo de ensayo contiene de forma preferida una envoltura inferior, que aloja el platillo de alimentación de gas, y el asiento de muestra comprende un cuerpo rodante de un material inerte, que se asienta sobre un borde de la envoltura inferior. Según esta forma de realización también está previsto que la pieza a ensayar se coloque sobre la envoltura inferior, que está dispuesta en el interior del dispositivo de ensayo. La pieza a ensayar está situada con ello arriba sobre el borde de la envoltura inferior, más exactamente sobre un gran número de cuerpos rodantes dispuestos en esta región. Estos cuerpos rodantes se componen de un material inerte y están diseñados de tal manera, que la pieza a ensayar, en el caso de aplicarse una carga mecánica a través... [Seguir leyendo]

1.- Dispositivo de ensayo (10) para la aplicación simultánea de un gas de ensayo fluyente y sometido a presión y una carga mecánica a una pieza a ensayar (12) en forma de disco, que comprende los siguientes componentes:

un asiento de muestra, que está diseño de tal modo que una región de borde de la pieza a ensayar (12) está situada sobre el asiento de muestra y una región interior de la pieza a ensayar (12) es accesible desde su cara superior e inferior;

un troquel (24) dispuesto por encima del asiento de muestra, con el que puede ejercerse una carga mecánica prefijable sobre la cara superior de la pieza a ensayar (12); y

un platillo de alimentación de gas (28) dispuesto por debajo del asiento de muestra, con el que el gas de ensayo puede conducirse hasta la cara inferior de la pieza a ensayar (12),

caracterizado porque

el platillo de alimentación de gas (28) está diseñado preferiblemente de forma que puede graduarse en su posición relativa respecto a la pieza a ensayar (12), de tal manera que puede variarse una anchura de rendija entre la pieza a ensayar (12) y el platillo de alimentación de gas (28).

2.- Dispositivo de ensayo según la reivindicación 1, caracterizado porque el asiento de muestra, el troquel (24) y el platillo de alimentación de gas (28) están dispuestos en el interior de un contenedor de ensayo (14) resistente a la presión.

3.- Dispositivo de ensayo según la reivindicación 2, caracterizado porque el contenedor de ensayo (14) proporciona una cámara de muestras, que aloja el platillo de alimentación de gas (28) y que comprende una abertura de salida de gas (32) dispuesta por debajo del platillo de alimentación de gas (28).

4.- Dispositivo de ensayo según la reivindicación 2 ó 3, caracterizado porque el contenedor de ensayo (14) presenta como envoltura exterior una envuelta doble que puede ser atravesada por un refrigerante.

5 - Dispositivo de ensayo según una de las reivindicaciones 2 a 4, caracterizado porque el dispositivo de ensayo (10) contiene una envoltura Inferior (22), que aloja el platillo de alimentación de gas (28), y el asiento de muestra comprende un cuerpo rodante (36) de un material Inerte, que se asienta sobre un borde de la envoltura Inferior

(22).

6 - Dispositivo de ensayo según la reivindicación 5, caracterizado porque el dispositivo de ensayo (10) contiene una envoltura superior (20), que aloja el troquel (24), y el asiento de muestra comprende un cuerpo rodante (34) de un material Inerte que se asienta sobre un borde de la envoltura superior (20).

7 - Dispositivo de ensayo según la reivindicación 5 ó 6, caracterizado porque los cuerpos rodantes (34, 36) son esferas.

8.- Dispositivo de ensayo según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el platillo de alimentación de gas (28) puede se asienta sobre un troquel hueco (26), a través del cual se conduce el gas de ensayo hacia el platillo de alimentación de gas (28).

9.- Dispositivo de ensayo según la reivindicación 8, caracterizado porque el platillo de alimentación de gas (28) comprende una abertura de salida dispuesta centralmente para el gas de ensayo y unas estrías (30) dispuestas concéntricamente alrededor de la abertura de salida.

10.- Dispositivo de ensayo según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el troquel (24) comprende un conducto gaseoso, a través del cual el gas de ensayo o un gas inerte se conduce sobre la cara superior de la pieza a ensayar (12).

11.- Dispositivo de ensayo según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el troquel (24) tiene una forma esférica para aplicar la carga y está compuesto por un material inerte y elástico.

12.- Procedimiento para la aplicación simultánea a una pieza a ensayar (12) en forma de disco de un gas de ensayo fluyente y sometido a presión y de una carga mecánica, que comprende los pasos:

(i) aportación de un dispositivo de ensayo (10), que comprende

- un asiento de muestra, que está diseño de tal modo que una reglón de borde de la pieza a ensayar (12) en forma de disco está situada sobre el asiento de muestra y una región interior de la pieza a

ensayar (12) en forma de disco es accesible desde su cara superior e inferior;

- un troquel (24) dispuesto por encima del asiento de muestra, con el que puede ejercerse una carga mecánica prefijable sobre una cara superior de la pieza a ensayar (12) en forma de disco; y

- un platillo de alimentación de gas (28) dispuesto por debajo del asiento de muestra, con el que el

gas de ensayo puede conducirse hasta una cara inferior de la pieza a ensayar (12) en forma de disco,

en donde el platillo de alimentación de gas (28) está diseñado de forma que puede graduarse en su posición relativa respecto a la pieza a ensayar (12) en forma de disco, de tal manera que puede variarse una anchura de rendija entre la pieza a ensayar (12) en forma de disco y el platillo de alimentación de gas (28).

(ii) aportación de la pieza a ensayar (12) en forma de disco;

(iii) introducción de la pieza a ensayar (12) en forma de disco en el dispositivo de ensayo (10);

(iv) ajuste de una velocidad de flujo del gas de ensayo sobre la pieza a ensayar (12) mediante la

prefijación de un flujo másico de gas y/o el ajuste de una anchura de rendija entre el platillo de alimentación de gas (28) y la pieza a ensayar (12) en forma de disco; y

(v) aplicación de una carga prefijable a la cara superior de la pieza a ensayar (12) en forma de disco así como aplicación simultánea de una corriente con el gas de ensayo a la cara inferior de la pieza a ensayar (12) en forma de disco.

13.- Procedimiento según la reivindicación 12, en el que el asiento de muestra, el troquel (24) y el platillo de alimentación de gas (28) están dispuestos en el interior de un contenedor de ensayo (14) resistente a la presión, y el paso (iv) se realiza mediante la aplicación de una presión.

14.- Procedimiento según la reivindicación 12 ó 13, en el que en el paso (iv) se presenta una temperatura de la pieza a ensayar (12) en forma de disco en un margen de - 50 °C a 850 °C.

15.- Procedimiento según una de las reivindicaciones 12 a 14, en el que se presenta en el paso (iv) una temperatura del gas de ensayo en un margen de - 50 °C a 1.000 °C.

16.- Procedimiento según la reivindicación 15, en el que la velocidad de flujo del gas de ensayo es de entre 0,1 m/s y 100 m/s.

17.- Procedimiento según una de las reivindicaciones 12 a 16, en el que en el paso (iv) se modifican durante la realización del procedimiento una o varias de las magnitudes velocidad de flujo del gas de ensayo, temperatura de la pieza a ensayar (12) en forma de disco, temperatura del gas de ensayo, presión del gas y carga mecánica.