Análisis de la integridad estructural de tuberías de material compuesto fiberspar para transporte de crudo mediante elementos finitos

Abstract

En este trabajo se realiza un análisis por elementos finitos (MEF) para caracterizar el comportamiento mecánico de la tubería compuesta Fiberspar con el fin de estudiar la integridad estructural de tuberías compuestas para el transporte de petróleo y gas en Colombia. La tubería Fiberspar está conformada por una capa compuesta de epoxi reforzada de fibra de vidrio tipo E (sub-capas) y dos capas protectoras (interna y externa) de polietileno. Se realizaron ensayos de laboratorio de acuerdo con la norma ASTM D2290 en el Instituto Colombiano del Petróleo (ICP) con el objetivo de determinar la resistencia a la tensión última y comparar los resultados con el modelo numérico realizado. El modelado fue realizado utilizando el software de elementos finitos ANSYS®, con el fin de analizar los esfuerzos y las deformaciones sobre la tubería, teniendo en cuenta las propiedades características de los materiales. Además, se estudiaron las ecuaciones que rigen el comportamiento elástico para materiales compuestos, y que definen las tensiones y deformaciones. Se utilizaron los criterios de fallo de Tsai-Wu y Tsai-Hill para materiales compuestos cuando la tubería trabaja a 3 diferentes presiones presentadas en el sector operacional, incluyendo la presión nominal y estallido, determinando valores para el fallo e identificando las capas críticas. 1