SIMULACIÓN N DEL AVANCE DEL DIABLO INSTRUMENTADO DENTRO DE UN DUCTO

Transcripción

1 SIMULACIÓN N DEL AVANCE DEL DIABLO INSTRUMENTADO DENTRO DE UN DUCTO Carlos Rubio González Julio César Díaz Montes Centro de Ingeniería y Desarrollo Industrial

2 Contenido Introducción Determinación experimental de las propiedades del material de las copas Simulación entrada del diablo en el ducto Simulación del empuje del diablo por el fluido Centro de Ingeniería y Desarrollo Industrial

3 Introducción Desarrollo de Diablos Instrumentados para inspección interior de ductos OBJETIVO Desarrollar un diablo instrumentado para la medición de espesores e inspección estructural de ductos mediante la técnica de ultrasonido El diablo instrumentado es un dispositivo de inspección que se introduce en la tubería de distribución de hidrocarburos, es transportado por el mismo flujo del fluido y durante su viaje efectúa una inspección del material de la tubería. Almacena la información adquirida y una vez fuera del ducto la transfiere al software de análisis.

4 Inspección periódica de ductos Es importante mantener en buenas condiciones la red de ductos de PEMEX cerca de 54,000 Km La corrosión es inevitable. La pérdida de metal disminuye la capacidad de carga. Los movimientos del suelo generan deformaciones en el ducto. El diablo instrumentado es el equipo más eficaz para realizar la inspección. Proceso de inspección y equipo necesario Limpieza PIG de limpieza. Evaluación de defectos geométricos -- Caliper PIG. Evaluación de pérdida de metal, medición de espesores PIG Ultrasónico o MFL. Detección de grietas -- PIG Ultrasónico.

5 Se requiere estimar la fuerza necesaria para desplazar el diablo dentro del ducto Copas y discos de poliuretano Interferencia de las copas en el ducto Es necesario estimar la fuerza de empuje ejercida por el fluido sobre el diablo Introducción Se proponen varias geometrías de los orificios de circulación del fluido bypass Centro de Ingeniería y Desarrollo Industrial

6 Propiedades del material de las copas Pruebas de tensión en muestras de acuerdo a la norma ASTM D412 06a (Standard test methods for Vulcanizad Rubber and Thermoplastic Elastomers-Tension Tres probetas Se determinaron las curvas esfuerzo deformación PRUEBA A TENSIÓN PARA EL POLIURETANO Probeta 1 Probeta 2 Probeta 3 Curva seleccionada Esfuerzo (MPa) ,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 Deformación unitaria (m/m)

7 Simulación n entrada del diablo en el ducto Análisis axi-simétrico, perfil de una sola copa Modelo de Mooney Rivlin de 9 parámetros. Material hiper-elástico Variación del coeficiente de fricción Variación de la interferencia Se determina la fuerza de reacción en nodo piloto. Fuerza necesaria para desplazar el diablo Comparación de la curva σ-ε real con el modelo Mooney Rivlin de 9 parámetros Cuerpo del diablo Copas Tracker Ducto Centro de Ingeniería y Desarrollo Industrial

8 Fuerza necesaria para desplazar el diablo (2 discos) dentro del ducto. Resultados 1400 Fuerza (N) Desplazamiento dentro del ducto Interferencia 1.3mm Entrada al ducto Tiempo Mu 0.05 Mu 0.07 Mu 0.09 Mu 0.1 Mu 0.13 Fuerza necesaria para desplazar el diablo (2 discos) dentro del ducto Interferencia 2.9mm 3000 Fuerza (N) Tiempo Mu 0.05 Mu 0.07 Mu 0.09 Mu 0.1 Mu 0.11 Mu 0.13 Mu 0.16 Mu 0.2 Mu 0.25 Mu 0.3

9 Fuerza necesaria para desplazar el diablo (2 discos) dentro del ducto Fuerza (N) Interferencia 4.5mm Hay una marcada relación entre el coeficiente de fricción de las copas de poliuretano de los discos y el ducto con la fuerza necesaria para mover el diablo. Como era de esperarse, cuando se incrementa el coeficiente de fricción aumenta la fuerza necesaria para desplazarlo Tiempo Mu 0.07 Mu 0.09 Mu 0.1 Mu 0.11 Mu 0.13 Mu 0.16 Mu 0.2 Mu 0.25 Mu 0.28 Relación entre el factor de fricción y la fuerza necesaria para mover el diablo dentro del ducto 5000 También se puede notar que mientras mayor sea la interferencia entre las copas del disco y el interior del ducto mayor será la fuerza que se le requiere aplicar para moverlo, esto debido a que el disco tiene que ser deformado en mayor medida para lograr ser introducido en la tubería. Fuerza (N) ,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 Coeficiente de fricción Interferencia mm Interferencia 2.945mm Interferencia mm

10 Empuje del diablo por el fluido Determinación de la fuerza que ejerce el fluido sobre el diablo. Se consideraron diferentes configuraciones de la geometría del diablo y diferentes presiones diferenciales para cada configuración. Se hicieron algunas suposiciones y simplificaciones: se consideró flujo turbulento totalmente desarrollado a la entrada del ducto (aguas arriba), fluido incompresible, proceso adiabático, densidad y viscosidad constantes. Disco 2 Disco 1 Por los discos Por el interior del diablo A través del tracker Alrededor del tracker Centro de Ingeniería y Desarrollo Industrial

11 Modelo en 3D. Empuje del diablo por el fluido La fuerza de empuje se calcula integrando la distribución de presiones. Centro de Ingeniería y Desarrollo Industrial

12 Relación entre la fuerza ejercida por el fluido con el número y diámetro de los huecos, con una presión diferencial de 150KPa Relación entre la fuerza ejercida por el fluido con el número y diámetro de los huecos, con una presión diferencial de 30 KPa Variación de la fuerza ejercida por el fluido en función de la presión diferencial Variación de la fuerza ejercida por el fluido en función de la presión diferencial

13 Conclusiones En la prueba de tensión para el poliuretano no se llevó a las probetas hasta el punto de ruptura debido a que esos valores no son de interés en este trabajo, ya que en la práctica, cuando se introduce un diablo en un ducto las copas de poliuretano no presentan deformaciones en ese grado. El modelo constitutivo que se utilizó para el caracterizar al poliuretano fue el Mooney Rivlin de 9 parámetros ya que es el que mejor se ajusta al comportamiento de este material en particular. Hay una relación lineal entre la presión diferencial y la fuerza de arrastre del fluido, cuando hay un cambio en el número y diámetro de los huecos del bypass hay un cambio en la fuerza de arrastre pero se mantiene la misma relación, es decir, la pendiente de la curva se mantiene constante en cada uno de los casos analizados. En este análisis, el aporte que tiene la velocidad en la fuerza de arrastre es mucho menor que el aporte que tiene la presión diferencial, debido a que la velocidad del fluido dentro del ducto es relativamente baja.