MODELO FEM PARA EL COLAPSO DE “LINERS” TERMOPLÁSTICOS

RUEDA, FEDERICO; FRONTINI, PATRICIA; OTEGUI, JOSÉ LUIS

Congreso; SAM/CONAMET; 2011

La utilización de “liners” termoplásticos en la industria petrolera es una técnica ampliamente utilizada como método de protección anti-corrosión o para la rehabilitación de cañerías existentes dañadas. A altas presiones de operación los polímeros disuelven gases (CO2 y CH4) del crudo, que irremediablemente permean a través del espesor del tubo termoplástico. Esto genera que luego de un tiempo de servicio los “liners” puedan colapsar por presión externa en ejercicios obligatorios de descompresión durante períodos de revisión del sistema de tuberías. Existen ecuaciones que predicen la presión de colapso para una tubería confinada, sometida a presión externa. Estos modelos analíticos o semi-analíticos, están basados en modelos constitutivos sencillos: elástico y elastoplástico ideal. Además de las limitaciones relacionadas con el modelado del material, no permiten reproducir la curva experimental [1] de presión. Tampoco permiten evaluar la influencia sobre la presión de colapso, de defectos superficiales o geométricos, siempre presentes en componentes reales. Por otro lado, existen modelos FEM sencillos [2] que presentan divergencias en la solución al acercarse a la presión crítica de colapso, por lo cual, no permiten reproducir de forma completa la curva experimental de presión. Existen otros trabajos [3] que utilizan FEM con el método de Riks, para solucionar este problema. En el presente trabajo se modeló el colapso por presión externa de un “liner” de HDPE aplicando FEM con el método de Riks. El modelo FEM se validó contrastando resultados en condiciones específicas con los modelos analíticos de Glock [4] y Jacobsen [5] para distintas relaciones espesor-diámetro (t/D) (Figura 1). Los resultados obtenidos por FEM para un “liner” sin defectos y con un modelo constitutivo elastoplástico ideal, resultaron coherentes con las presiones de colapso calculadas con los métodos analíticos. Esto permitió ampliar el modelo FEM a casos que incluyeron defectos superficiales, geométricos y distintos modelos constitutivos (Figura 2). El modelo FEM permitió reproducir la caída de presión durante el colapso del “liner”. En cuanto a la utilización de modelos analíticos o semi-analíticos, pudo observarse que para el HDPE, dada su relación tensión de fluencia – módulo elástico, no se justifica la aplicación del método de Jacobsen. Si bien, para algunas relaciones t/D Jacobsen resulta más efectivo, el método de Glock cuya aplicación es mucho mas sencilla, predice con una máxima diferencia con FEM de %22 en todo el rango. Por otro lado, a muy bajas relaciones t/D, en colapsos con un alto carácter elástico, el método de Jacosen predijo con una diferencia sobreestimativa de hasta casi un %60.