Modelo ?Finite Element Method? (FEMm) para el Colapso de ?Liners? Termoplásticos

F. RUEDA; P FRONTINI; OTEGUI JOSÉ LUIS

Rosario

Congreso; ENIEF 2011. XIX Congreso sobre Métodos Numéricos y sus Aplicaciones; 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 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 con ?Finite Element Method? (FEM) sencillos 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 que utilizan ?Finite Element Method? (FEM) con el método de Riks, para solucionar este problema. Si bien es un método muy efectivo se basa en la asunción de una situación estática en equilibrio. Esto no representa mayores problemas en el caso de materiales de uso estructural clásicos como el acero. En el caso de materiales poliméricos cuyas ecuaciones constitutivas son altamente dependientes de la velocidad de solicitación es necesario simular el colapso en una situación dinámica. En el presente trabajo se modeló el colapso por presión externa de un ?liner? de ?High Density Polyethylene? (HDPE) aplicando ?Finite Element Method? (FEM) con el método de Riks y con elementos hidrostáticos, metodología no encontrada hasta el momento en la literatura. La utiliza?High Density Polyethylene? (HDPE)ción de este tipo de elementos, permitiría modelar situaciones dinámicas y considerar ecuaciones constitutivas dependientes del tiempo. Los resultados al aplicar elementos hidrostáticos en una simulación estática del sistema fueron contrastados con los resultados de Riks y con los modelos analíticos de Glock y Jacobsen para distintas relaciones espesor-diámetro (t/D). Los resultados con elementos hidrostáticos para un ?liner? sin defectos y con un modelo constitutivo elastoplástico ideal, resultaron coherentes con las presiones de colapso calculadas con los métodos analíticos y por el método de Riks. Esto permitió ampliar el modelo a casos con distintos modelos constitutivos. Luego de validar la aplicación de elementos hidrostáticos con los modelos analíticos y con ?Finite Element Method? (FEM) ya utilizados con un sistema estático, el trabajo a futuro es ampliar la simulación a un modelo dinámico con una ecuación constitutiva dependiente del tiempo que represente mejor el comportamiento real del ?High Density Polyethylene? (HDPE). Se está trabajando también en la validación experimental del modelo.