INVESTIGADORES
FRONTINI patricia Maria
congresos y reuniones científicas
Título:
MODELO FINITE ELEMENT METHOD (FEM) PARA EL COLAPSO DE LINERS TERMOPLÁSTICOS
Autor/es:
F. RUEDA; P FRONTINI; OTEGUI JOSÉ LUIS
Lugar:
Rosario
Reunión:
Congreso; ENIEF 2011. XIX Congreso sobre Métodos Numéricos y sus Aplicaciones; 2011
Resumen:
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 utilizaHigh
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.