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ESTUDIO DEL EFECTO DE LOS DAÑOS SUPERFICIALES GENERADOS EN TUBERÍA COMPUESTA FLEXIBLE CON REFUERZO NO METÁLICO PARA EL TRANSPORTE DE HIDROCARBUROS

Undergraduate thesis - UIS
by

Albert Vallen

on 26 October 2014

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Transcript of ESTUDIO DEL EFECTO DE LOS DAÑOS SUPERFICIALES GENERADOS EN TUBERÍA COMPUESTA FLEXIBLE CON REFUERZO NO METÁLICO PARA EL TRANSPORTE DE HIDROCARBUROS

TUBERÍA COMPUESTA FLEXIBLE CON REFUERZO NO METÁLICO
ESTUDIO DEL EFECTO DE LOS DAÑOS SUPERFICIALES GENERADOS EN TUBERÍA COMPUESTA FLEXIBLE CON REFUERZO NO METÁLICO PARA EL TRANSPORTE DE HIDROCARBUROS
Autores:
María Cathalina Jiménez Romero
Albert Yesid Vallen Vargas
Director:
Ing. Javier Ricardo Arciniegas V.
Universidad Industrial de Santander
Facultad de Ingenierías fisicoquímicas
Escuela de Ingeniería Metalúrgica y Ciencia de Materiales
Bucaramanga
Agosto de 2014
INTRODUCCIÓN
OBJETIVOS
MARCO TEÓRICO
METODOLOGÍA
EXPERIMENTAL

RESULTADOS Y ANÁLISIS
CONCLUSIONES
Estudiar el efecto del daño superficial externo más representativo generado en tuberías de materiales compuestos flexibles con refuerzo no metálico, enterradas, y utilizadas en el transporte de hidrocarburos, sobre sus propiedades fisicomecánicas.
OBJETIVO GENERAL
1. Aplicar pruebas físicas y mecánicas seleccionadas, bajo criterios técnicos y económicos, a tubería con daño superficial externo.

2. Caracterizar física, mecánica y microscópicamente muestras de tubería nueva.

3. Evaluar el efecto de los daños sobre las propiedades estudiadas.
OBJETIVOS ESPECÍFICOS
Constitución tricapa de materiales compuestos
Rayaduras
DISEÑO DE EXPERIMENTOS
( Tres variables)
1. ESPACIAMIENTO
ENTRE RAYADURAS
(2.0 mm y 3.0 mm)
2. PROFUNDIDAD DE RAYADO
(10% y 50% espesor capa externa)
3. SISTEMA DE TUBERÍA
(Sistema I y II)
RECOMENDACIONES
BIBLIOGRAFÍA
GRACIAS
CONTENIDO
PREGUNTAS?
COLOMBIA - CAMPO LA CIRA INFANTAS
1.
Se realizó la caracterización de tubería nueva (sin daño inducido), mediante microscopía cofocal, y las pruebas fisicomecánicas de determinación de dimensiones, dureza Shore D y ensayo de tensión por anillo muescado, siguiendo las respectivas normas técnicas. Los resultados obtenidos se tomaron como referencia para el análisis y el planteamiento de los niveles de afectación por rayaduras inducidas, en el estudio de las propiedades de los sistemas de tubería afectada.

2.
El daño inducido por rayaduras en la superficie externa de los dos sistemas de tubería, a profundidades de rayado del 10% y 50%, y espaciamiento entre rayaduras de 2.0 mm y 3.0 mm, afectó sus propiedades mecánicas obtenidas a partir de la prueba de resistencia a la tensión por anillo muescado, presentándose disminución de la deformación y el esfuerzo último a la tensión. Se apreció un leve incremento del módulo de elasticidad, el cual, se puede asociar a un aumento en la rigidez del material constituyente de la capa externa.

3.
Se demostró que el espaciamiento entre rayaduras no fue significativo en la variación de las propiedades mecánicas para los sistemas de tubería estudiados en esta investigación, siendo más influyente la profundidad de rayado sobre estas.

4.
El comportamiento de las curvas esfuerzo - deformación mostró tres cambios de curvatura después del esfuerzo ultimo a la tensión, debido a la ruptura de las capas constitutivas del material compuesto, siendo la capa externa la primera que rompe.

5.
En el estudio estadístico, se demostró que el sistema de tubería es un factor importante, de manera que, estos resultados coinciden con lo establecido al comienzo de esta investigación, pues se trata de dos tuberías con diferentes materiales, aplicación y alcance.

6.
La variación de las propiedades mecánicas de los sistemas de tubería, depende directamente del estado superficial externo, especialmente, ante la presencia de entallas superficiales.

Co-directora:
MSc. Luz Amparo Quintero O.
1.
Para el estudio de las variaciones de las propiedades mecánicas por daño mecánico inducido en las superficies de las tuberías compuestas flexibles, se recomienda estudiar los efectos de los daños por entallas superficiales en la capa interna, causados posiblemente por la alta velocidad de flujo de petróleo y gas en el interior de estas líneas, así como de la presencia de partículas abrasivas procedentes del yacimiento.

2.
Se recomienda afectar la capa a estudiar por inducción de rayaduras, empleando el
scratcher
, con sus respectivos parámetros descritos en la norma ASTM D7027−05.

3.
Se recomienda aumentar los porcentajes o niveles de afectación de las rayaduras en las capas externa o interna, de tal manera que comprometan parte o, en su totalidad, el daño en las fibras de refuerzo.
[1].
FARSHAD, M. Plastic Pipe Systems: Failure investigation and diagnosis. United Kingdom, Elsevier Science Technology. 2006.

[2].
EZRIN. Myer y LAVIGNE. Gary. Unexpected and unusual failures of polymeric Materials. Elsevier Science Technology. 2006.

[3].
ASKELAND, Donald. Ciencia e ingeniería de los materiales. 4 ed. Iberoamericana. 2005.

[4].
ASHBY. M y JONES. D. Materiales para ingeniería, introducción a las propiedades, las aplicaciones y el diseño. Barcelona, Reverté. 2008.

[5].
HULL, Derek. Materiales compuestos. Barcelona, Reverté. 1987.254 p.

[6]
. DUARTE. Gloria Isabel y MANRIQUE. Miguel Antonio. Guía recomendada para selección y uso de tuberías de materiales compuestos para aplicación en líneas de flujo de la VPR. Piedecuesta, ECOPETROL S.A. 2012. 85 p.

[7].
[Página Web], KISHNER, Israel. Pskcolombia. 2011. <http://pskcolombia.com.co/PSK_2012/PSK_RECURSOS_files/THERMOFLEXESPANOL (2011).pdf (2011) >.

[8].
DALMOLEN, Bert. Reinforced Thermoplastic Pipeline (RTP) Systems. Amsterdam, For 23rd World Gas Conference. 2006.

[9].
AMERICAN SOCIETY FOR TESTING AND MATERIALS. Standard practice for determining dimensions of “fiberglass” (glass-fiber-reinforced thermosetting resin) pipe and fittings. Reapproved 2011. ASTM International, 2010. 4 p. ASTM D3567−97.

[10].
AMERICAN SOCIETY FOR TESTING AND MATERIALS. Standard test method for rubber property—durometer hardness. Reapproved 2010. ASTM International, 2010. 13 p. ASTM D2240-05.

[11].
INSTITUTO COLOMBIANO DE NORMAS TÉCNICAS Y CERTIFICACIÓN. Plásticos y ebonita. Determinación de la dureza por penetración (indentación) mediante un durómetro (dureza shore). Primera actualización. Bogotá, D.C.: ICONTEC, 1997. 8 p. NTC 2524.

[12].
INTERNATIONAL ORGANIZATION FOR STANDARDIZATION. Plastics and ebonite. Determination of indentation hardness by means of a durometer (shore hardness). Gèneve: ISO, 1985. 3 p. ISO 868.

[13].
AMERICAN SOCIETY FOR TESTING AND MATERIALS. Standard test method for apparent hoop tensile strength of plastic or reinforced plastic pipe. ASTM International, 2012. 8 p. ASTM D2290-12.

[14].
INSTITUTO COLOMBIANO DE NORMAS TÉCNICAS Y CERTIFICACIÓN. Método de ensayo para determinar la resistencia a la tensión aparente del anillo o de plásticos tubulares y plásticos reforzados mediante el método de disco muescado. Primera actualización. Bogotá, D.C.: ICONTEC, 2003. 12 p. NTC 4392.

[15].
AMERICAN SOCIETY FOR TESTING AND MATERIALS. Standard test method for evaluation of scratch resistance of polymeric coatings and plastics using an instrumented scratch machine. ASTM International, 2005. 8 p. ASTM D7027−05.

[16].
JIANG. Han, BROWNING. Robert and SUE. Hung-Jue. Understanding of scratch - induced damage mechanisms in polymers. Elsevier Science Technology. 2006. 10 p.

Propiedades
mecánicas
MATERIAL
COMPUESTO
Es un sistema multifase de materiales, constituido por una mezcla o combinaciones de dos o más constituyentes que difieren en forma y composición química, y que son esencialmente insolubles entre sí.
Módulo de elasticidad
Permite determinar la naturaleza elástica o el grado de rigidez de un material que se está ensayando.
Recuperación elástica de un material a nivel molecular ante esfuerzos aplicados.
Esfuerzo Último a la Tensión
Es el máximo esfuerzo alcanzado en la curva esfuerzo-deformación ingenieril. Esta propiedad disminuye conforme existan defectos macroscópicos en la muestra.
Formación de la estricción en la curva esfuerzo – deformación.
DIAGRAMA ESFUERZO - DEFORMACIÓN
Deformación
Es la cantidad de elongación que una muestra experimenta.

Es dependiente de las presencia de imperfecciones en las probetas.
Lo=longitud inicial.
L=longitud final.

P = Fuerza de tensión uniaxial.
Ao = Sección transversal de la muestra.
Propiedades de materiales termoplásticos relacionados en la presente investigación
Rayaduras
Estrías
Cavidades
Daño por impacto
COLOMBIA - CAMPO LA CIRA INFANTAS
DAÑOS POR TERCEROS
Rotura
Determinación de dimensiones (ASTM D3567 − 97).
Dureza Shore D (ASTM D2240 - 05).
Impacto por gravedad (ASTM D2444 - 99).
Resistencia a la presión sostenida (ASTM D1598-02).
Presión hidrostática de rotura a corto plazo (ASTM D1599 - 99).
Resistencia a la compresión (ASTM D695 - 10).
Resistencia a la flexión (ASTM D790 - 10).
Resistencia a la tracción (ASTM D638 - 10).
Resistencia a la tensión por anillo muescado (ASTM D2290 - 12).

Microscopio digital HIROX KH-7700. Lab. GIMAT - UIS.
Diseño de Experimentos
Anillo muescado afectado por rayaduras inducidas
Máquina de ensayos universal AutoGraph (AG-I Shimadzu). Lab. Caracterización de Materiales - USTA.
PREPARACIÓN DE MUESTRAS DE TUBERÍA NO AFECTADA
DETERMINACIÓN
DE DIMENSIONES
CARACTERIZACIÓN POR
MICROSCOPÍA COFOCAL
Tubería
sin afectación
Tubería afectada
por rayaduras inducidas
Diámetro exterior
Diámetro
interior
Medidas del
perímetro exterior
DUREZA SHORE D
RESISTENCIA A LA TENSIÓN POR ANILLO MUESCADO
DIAGRAMAS ESFUERZO - DEFORMACIÓN
ANÁLISIS ESTADÍSTICO
DE DATOS
Sistema de tubería I
Sistema de tubería II
Tubería sin afectación
Espaciamiento: 2.0 mm
Espaciamiento: 3.0 mm
Tubería afectada
Tubería sin afectación
Espaciamiento: 2.0 mm
Espaciamiento: 3.0 mm
Tubería
afectada
DEFORMACIÓN
UNITARIA
ESFUERZO ÚLTIMO
A LA TENSIÓN
MÓDULO DE ELASTICIDAD
Cinta pi - Extrucol S.A.
Durómetro Shore D
Información técnica de diámetro exterior
Información técnica de diámetro interior
Secuencia del ensayo de tensión
Secuencia del ensayo de tensión
Secuencia del ensayo de tensión
Secuencia del ensayo de tensión
ENSAYO PARA LA RESISTENCIA AL RAYADO DE RECUBRIMIENTOS POLIMÉRICOS Y PLÁSTICOS
(ASTM D7027 - 05)
COLOMBIA - CAMPO LA CIRA INFANTAS
SELECCIÓN
DE PRUEBAS FISICOMECÁNICAS
DAÑOS MÁS REPRESENTATIVOS EN TUBERÍAS COMPUESTAS FLEXIBLES
ENSAYOS EXPERIMENTALES
Determinación de Dimensiones
(ASTM D3567 - 97)
Ensayo de Dureza Shore D
(ASTM D2240 - 05)
Resistencia a la tensión por anillo muescado
(ASTM D2290 - 12)
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