UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL FRANCISCO DE MIRANDA ÁREA DE TECNOLOGÍA COMPLEJO ACADÉMICO EL SABINO PROGRAMA DE INGENIERÍA MECÁNICA
Commented [D1]: Espacio sencillo
Evaluación de la teoría del desplazamiento de la apertura del frente de grieta (CTOD) en muestras de tuberías de PEAD (PE100 y PE-80)
Commented [D2]: Evaluación de la teoría del desplazamiento de la apertura del frente de grieta (CTOD) en muestras de tuberías de Polietileno de Alta Densidad (PEAD)
Autores: Br. Rojas R, Endrik J. CI: 20.796.510 Br. Zambrano Z, José A CI: 20.890.306
Tutor Académico: MSc. Raúl Rafael Machado Punto Fijo; mayo de 2017
Commented [D3]: Junio
ÍNDICE GENERAL
1.1.- Planteamiento del problema. 1.2.- Objetivos de la investigación. 1.2.1.- Objetivo general. 1.2.2.- Objetivos específicos. 1.3.- Justificación e importancia. 1.4.- Alcance y delimitación. 1.5.- Descripción de actividades. 1.6.- Referencias bibliográficas.
1.1 Planteamiento del problema.
Las tuberías son conductos que transportan agua u otros tipos de fluidos, las cuales se pueden clasificar de acuerdo al material con el que han sido manufacturadas, como por ejemplo tuberías acero, PVC, cobre, aluminio,
Commented [D4]: Incluir la palabra TUBERIA
PEAD, entre otros. Dentro de las clasificaciones de las tuberías se encuentra el polietileno de
Commented [D5]: Dentro del tipo de tuberías se encuentran las fabricadas de PEAD
alta densidad PEAD, este material es utilizado por diferentes industrias en la actualidad debido a su bajo costo, durabilidad y tenacidad en comparación
Commented [D6]: Quitar tenacidad
de otros materiales como el acero. Las tuberías PEAD se rigen según la norma COVENIN 1977-33 para la identificación de las tuberías y así
Commented [D7]: Para su identificación y así….
diferenciarla según sus parámetros de diseño El empleo de los materiales en nuevas aplicaciones y desarrollo que han ido produciéndose a lo largo de la historia de la tecnología ha traído consigo un elevado número de accidentes asociados a roturas inesperadas, no previsibles a través de su caracterización mecánica convencional (Cícero S. Commented [D8]: (Cicero, 2007)
marzo 2007). Debido a lo antes expuesto surge la necesidad de estudiar y evaluar muestras de tuberías PEAD PE-100 y PE-80 para conocer propiedades de este material y evitar daños que como consecuencia se podrían originar en el peor de los casos una falla catastrófica no deseable para el sistema donde se encuentre en funcionamiento determinada tubería, el PEAD es un material viscoelástico y
se puede estudiar mediante la mecánica de fractura
elastoplastica (MFEP) ya que, este estudia 2 parámetros fundamentales que son el desplazamiento de la apertura del frente de grieta (CTOD) y la integral de contorno J y pueden ser usados como criterios de fracturas.
Commented [D9]: REDACCION. NO ES UN PROBLEMA. SE ESTA REALIZANDO LA INVESTIGACION PARA GENERAR UN NUEVO CONOCIMIENTO QUE NO EXISTE
El desplazamiento de la apertura del frente de grieta o como se denota sus siglas en inglés (CTOD), ha sido el parámetro de tenacidad a la fractura más ampliamente utilizado en la industria de petróleo y gas durante casi cincuenta años. Originalmente desarrollado a partir de investigación en el instituto de soldadura (TWI) en el Reino Unido durante los años 1960 (Moore & Pisarski , 2013) Actualmente el método del desplazamiento de la apertura del frente de grieta CTOD no ha sido aplicado a las tuberías PEAD en el país, bajo esta premisa surge la necesidad de aplicar el método CTOD a las muestras de tuberías PEAD basándose en la norma BS 7448: Part 1 1991 y aprovechar las numerosas ventajas que posee dicho material.
Commented [D10]: REDACCION
1.2 Objetivos de la investigación. 1.2.1 Objetivo general.
Evaluar la teoría del desplazamiento de la apertura del frente de grieta (CTOD) en muestras de tuberías elaboradas con polietileno de alta densidad (PEAD) (PE-100 y PE-80)
Commented [D11]: QUITAR
1.2.2 Objetivos específicos.
Estudiar el estado del arte sobre el método del desplazamiento de la apertura del frente de grieta (CTOD).
Commented [D12]: Revisión del estado del arte …..
Caracterizar los rangos de aplicación del polietileno de alta densidad (PEAD) en muestras (PE-100 y PE-80).
Determinar la tenacidad a la fractura en las muestras de tuberías de polietileno de alta densidad (PEAD) (PE-100 y PE-80) utilizando el
Commented [D13]: quitar
método del desplazamiento de la apertura del frente de grieta (CTOD).
Evaluar la influencia de las variables de ensayo en la tenacidad en la fractura de las muestras de tuberías de polietileno de alta densidad (PEAD) (PE-100 y PE-80).
Commented [D14]: quitar
1.3 Justificación. La mecánica de fractura es una rama de la mecánica más importante debido a ella se estudian las imperfecciones de los materiales. Esta disciplina se ha impulsado desde los materiales metálicos tradicionales de ingeniería, que siendo magníficos para la construcción de componentes de máquinas y como elementos estructurales, han dado a lo largo de su historia importantes roturas frágiles, que han obligado al estudio y modelización de su comportamiento (Arana & González, 2002) La presente investigación tiene como finalidad aplicar el método CTOD en muestras de tuberías PEAD PE-100 y PE-80, aportando beneficios desde los diferentes puntos de vistas: Desde el punto de vista socio-económico: se minimizaran gastos, ya que, al conocer nuevas características de los materiales PEAD se pueden evitar fallas que conlleven a accidentes catastróficos como lo es una falla a la fractura, ocasionando perdida de material, económica, lo que se traduce a perdida de capital para la empresa. Desde el punto de vista teórico-práctico: este proyecto permitirá la aplicación de conocimientos y herramientas adquirido a lo largo de la carrera de ingeniería mecánica, como lo es el comportamiento de los materiales bajo una carga aplicada. Desde el punto de vista metodológico: el estudio servirá como guía a otras investigaciones relacionada con la mecánica de fractura además será de gran utilidad al momento de diseñar una tubería y en la aplicación. Desde el punto de vista legal: contribuir con la mecánica de fractura es de gran importancia por ende se revisaran diferentes documentos que permita establecer un método legalmente amigable con las normativas, como las normas BS 7448, ASTM E1290-9g9 y ASTM E 1820-99a.
1.4 Alcance y delimitación La investigación a realizar será de tipo exploratoria ya que se efectúa sobre un tema u objetivo desconocido o poco estudiado, por lo que sus resultados constituyen una visión aproximada de dicho objeto, es decir, un nivel superficial de conocimientos (Arias , 2006). A su vez está sometida a un análisis en el que se miden diversos aspectos tales como antecedentes y normativas vigentes relacionados con el problema a investigar el cual es evaluar la teoría del desplazamiento de la apertura del frente de grieta en muestras de tuberías de polietileno de alta densidad (PEAD) PE-100 y PE-80 para así detectar posibles fallas de fractura y concluir de manera concreta como fallara este material ante ciertas condiciones en su rango de operación cuando esta se ve afectada bajo una carga aplicada. Teniendo en cuenta que actualmente el método del desplazamiento de la apertura del frente de grieta (CTOD) no ha sido aplicado en el país, el proyecto de investigación arrojara datos nuevos para el diseño y estudio de las tuberías PEAD de tipo PE-100 y PE-80. Esta metodología se evaluara mediante una serie de objetivos planteados, comenzando por realizar investigaciones y consultas bibliográficas sobre el método CTOD, para obtener un conocimiento más amplio en cuanto a la evaluación que se realizara. Luego de estudiar el estado del arte del CTOD se procederá a conocer los rangos de aplicación que poseen actualmente las tuberías PEAD, esto llevara a realizar una interpretación a detalle de dicho material a estudiar.
Luego de plasmar la caracterización del material se utilizara un software para aplicar el método CTOD a las muestras de tuberías PEAD PE-100 y PE-80, con el fin de determinar la energía de deformación total que es capaz de absorber el material antes de alcanzar la rotura. Por último se evaluaran diferentes variables que inciden directamente en la resistencia a la fractura tales como la influencia de la velocidad de ensayo, espesor de las tuberías y una comparación entre las muestras PE-100 y PE-80. Este proyecto se realizara en las instalaciones de la universidad nacional experimental Francisco de Miranda (UNEFM) complejo académico el sabino (CAES) y se llevara a cabo en un periodo de tiempo de 24 semanas comenzando el día 2 de mayo del año 2017 y finalizando el día 10 de octubre del mismo año.
1.5 Fases metodológicas Fase I: Interpretación el estado del arte sobre el método del desplazamiento de la apertura del frente de grieta (CTOD). Durante la fase inicial de este proyecto de investigación se procederá a ampliar nuevos conocimiento sobre la mecánica de fractura, a través de la búsqueda de antecedentes, referencias bibliográficas y consultando las normas COVENIN 1977-33, BS 7448, ASTM E1290-9g9 y ASTM E1820-99a. En los cuales se reflejan los trabajos realizados aplicando el método del CTOD. Además se realizara un estudio a las muestras de tuberías PEAD PE100 Y PE-80 el cual se le aplicara este método del CTOD con el fin de determinar la energía de deformación total que es capaz de absorber el material antes de alcanzar la rotura.
Fase II: Caracterización de los rangos de aplicación del polietileno de alta densidad (PEAD) en muestras (PE-100 y PE-80). En la segunda fase del proyecto de investigación se deben describir a detalle los rangos de aplicación de las tuberías PEAD PE-100 y PE-80, explicando una caracterización real del comportamiento en servicio de las tuberías, además del fluido que puedan conducir las tuberías, generalmente líquido (agua). Ampliando así los más recientes avances en cuanto a la utilización de este material en diversas aplicaciones ingenieriles por la gran versatilidad en cuanto a sus características y propiedades físicas y químicas, esta información se verificara mediante normas descritas en la fase anterior. Fase III: Determinar la tenacidad a la fractura en las muestras de tuberías de polietileno de alta densidad (PEAD) (PE-100 y PE-80) utilizando el método del desplazamiento de la apertura del frente de grieta (CTOD). En esta fase del proyecto se determinara la componente plástica (VP) mediante la utilización de un software el cual arrojara una gráfica desplazamiento-fuerza, esta variable es fundamental para la deducción del CTOD (δIC). Luego se calculara el factor de intensidad de tensiones (KI), para las muestras de tuberías PEAD PE-100 y PE-80. Se recopilaran datos mediante pruebas de ensayos destructivos que se emplearan para la aplicación del (KI). Asimismo se deben conocer las variables que influyen en la determinación de este parámetro utilizando las normas más tradicional en la evaluación del CTOD la cuales son la BS 7448: Part 1: 1991 – Method for determination of KIC y la Norma ASTM E 1290.
Commented [D15]: INCLUIR
Fase IV: Evaluación de la influencia de las variables de ensayo en la tenacidad en la fractura de las muestras de tuberías de polietileno de alta densidad (PEAD) (PE-100 y PE-80). En esta fase del proyecto se evaluaran las diferentes variables que inciden directamente en la resistencia a la fractura de las tuberías de PE-100 y PE80. Las variables a ser consideradas serán la influencia de la velocidad de ensayo la cual es directamente afectada por la presión interna que manejan las tuberías en condiciones normales de operación, además se tomara en cuenta la orientación de la muestras de las tuberías refiriéndose específicamente a la dirección longitudinal y circunferencial, dirección en los cuales se generan los esfuerzos principales. Otra variable que se analizara y que afecta directamente la tenacidad a la fractura en los materiales es el espesor de las tuberías. También se realizaran comparaciones entre las tuberías PE-100 y PE-80.
1.5 Referencias bibliográficas.
Arana, J. l., & González, J. J. (2002). Mecánica de Fractura. País vasco: argitalpen zerbitzua. Arias, F. G. (2006). El Proyecto de Investigación (5ta ed.). Caracas: Episteme. Moore, P., & Pisarski , H. (6 de octubre de 2013). TWI Reino Unido. Recuperado el 10 de mayo de 2017, de instituto de soldadura en reino unido: http://www.twiglobal.com/technical-knowledge/published-papers/ctod-and-pipelines-the-pastpresent-and-future
Commented [D16]: AMPLIAR
