Simulación y validación de la reparación de ductos en servicio por la deposición directa de soldadura

LUIS DANTE MELENDEZ MORALES (2023, [Tesis de doctorado])

El transporte de hidrocarburos por ductos enterrados es la forma más segura, confiable y económica para su suministro, estos pueden extenderse grandes longitudes territoriales e inclusive atravesar países con tal de satisfacer la demanda energética. No obstante, los ductos pueden sufrir daños provocados por el ambiente, su operación o bien provocados por terceros, siendo necesario que sean intervenidos reemplazando las secciones dañadas. Las regulaciones nacionales y tratados internacionales desalientan la liberación de grandes cantidades de gas natural a la atmósfera, por demás de que un paro de suministro conlleva a desabasto energético, multas y a costosas operaciones asociadas con la rehabilitación del ducto, forzando a soldar envolventes y accesorios sin detener la operación de los ductos, esto se conoce como “soldadura en servicio”. La soldadura en servicio es un proceso tecnológico, por el cual se puede efectuar la interconexión y la reparación de ductos mientras están en operación, previo a realizar estas actividades, se requiere que dos riesgos sean evaluados: agrietamiento por hidrógeno y quemada pasante. Las simulaciones actuales y validaciones evalúan estos riesgos de forma independiente, pero debido a su interdependencia estos riesgos deben evaluarse en conjunto. Un método de reparación que no es normalmente empleado, pero con un alto potencial debido a su simplicidad y versatilidad, es la deposición directa de soldadura. En la presente investigación, se realizó una simulación numérica fluido-termo-mecánica acoplada con validación experimental, de la reparación de un tubo con flujo presurizado conteniendo un defecto interno por la deposición directa de soldadura. Por medio de la cual, es posible predecir el comportamiento estructural del ducto mientras se realiza la reparación.

La simulación numérica se efectuó con el apoyo del software ANSYS versión académica 22R2, siendo esta una herramienta de última generación capaz de contribuir en la predicción de mecanismos complejos como lo es la soldadura en servicio, incrementando con ello la seguridad y confiabilidad de estas operaciones. Cabe hacer mención, que la regulación nacional prohíbe la reparación de defectos internos por la deposición directa de soldadura, esto se debe principalmente a la falta de investigaciones validadas que respalden su viabilidad. Los resultados demostraron la efectividad de emplear este método de reparación para restaurar la resistencia mecánica de los ductos. Las inspecciones por pruebas no destructivas superficiales, subsuperficiales y volumétricas, evidenciaron que no ocurrió agrietamiento inmediatamente al finalizar la reparación y retardada (posterior a por lo menos 12 horas después de haberse finalizada la reparación, tiempo suficiente para permitir la difusión de hidrógeno atómico a hidrógeno molecular). Las curvas de tendencia de temperatura mostraron buena aproximación teniéndose una diferencia máxima de 5.09% entre los resultados numéricos y experimental. Los resultados numéricos y experimentales de la deformación perimetral a lo largo de la longitud de la tubería mostraron un comportamiento similar con una diferencia significativa del 17.7% entre los valores numéricos atribuidos a la falta de información de entrada para las propiedades de la soldadura. El análisis estructural efectuado en este estudio emplea la estimación del riesgo de quemada pasante bajo presión interna, determinado por la ocurrencia de abultamiento radial localizado. Los resultados numéricos indican que no ocurre deformación plástica relevante. Se hace una fuerte recomendación para que las evaluaciones de análisis térmico empleen la morfología actual del defecto y no solo consideren el espesor remanente del tubo. De acuerdo con la revisión bibliográfica realizada y recientemente publicada, este tipo de simulación numérica acoplada con validación experimental de la reparación de ductos en servicio por deposición directa de soldadura para la reparación de defectos internos contemplando la prevención de quemada pasante y agrietamiento por hidrógeno no ha sido realizada con anterioridad.

Hydrocarbon transportation by buried pipelines is the safest, most reliable, and economical way for its supply; these can extend long territorial distances and even cross countries with the purpose of satisfying the energy demand. However, the pipelines can suffer damages caused by their environment, their operation, or provoked by third parties, making necessary interventions to replace the damaged sections. National regulations and international agreements discourage the release of large quantities of natural gas into the atmosphere; moreover, a stop in its supply entails an energetic shortage, fines, and expensive operations associated with the pipeline rehabilitation, forcing to weld sleeves and fittings without stop the pipeline operation, this is known as “In-Service Welding”. In-Service welding is a technological process for which interconnection and repair of pipelines can be made while they are in operation; before making it, two main risks need to be assessed: hydrogen cracking and burn-through. Current simulations and validations assess these risks independently, but due to their interdependence, these risks need to be assessed in conjunction. A repair method not normally used but with high potential due to its simplicity and versatility is the direct deposition of the weld. In the present research, a fluid-thermo-mechanical coupled numerical simulation with experimental validation was done of a repair on a pipe with pressurized flow having an internal defect by direct deposition of the weld. It is possible predict the structural behavior of a pipeline while the reparation is performed.

The numerical simulation was done with the support of ANSYS software academic version 22R2, the latest generation tool able to contribute to the prediction of complex mechanisms, as is in-service welding, increasing the security and confidence of these operations. It is worth mentioning that national regulation forbids the reparation of internal defects for direct deposition of the weld; the main reason is the lack of validated investigations supporting its viability. The results demonstrated the effectiveness of using this repair method to restore the mechanical strength of pipelines. Surface, sub-surface, and volumetric non-destructive inspections evidenced no cracking immediately to finish the repair and delayed (after at least 12 hours of having finished the repair, time enough to allow the hydrogen diffusion from atomic hydrogen to molecular hydrogen). Temperature tendency curves showed good approximations, having a maximum difference of 5.09 % between numerical and experimental. Perimeter deformation along the pipe length between numerical and experimental results displayed a similar behavior with a significant difference of 17.7% against numerical values attributed to the lack of input data for weld properties. The structural analysis performed in this study used the approach of the risk of burn-through under internal pressure determined by the occurrence of localized radial bulging. Numerical results indicated no relevant plastic strain occurs. It is strongly recommended that thermal analysis assessments using the actual defect morphology be performed, not only considering the remaining thickness of the pipe. According to the bibliographic revision performed and recently published, this kind of coupled numerical simulation of in-service repair or pipelines by direct deposition for repairing internal defects considering the prevention of burn-through and hydrogen cracking has not been done.

Ducto Soldadura en servicio Quemada pasante Agrietamiento por hidrógeno Reparación de soldadura Simulación numérica Pipeline In-service welding Burn-through Hydrogen cracking Weld repair Numerical simulation INGENIERÍA Y TECNOLOGÍA CIENCIAS TECNOLÓGICAS OTRAS ESPECIALIDADES TECNOLÓGICAS OTRAS ESPECIALIDADES TECNOLÓGICAS

Determinación en laboratorio de los parámetros reológicos de mezclas agua-sedimentos para el cálculo de flujos de lodos y debris

ISAAC BONOLA ALONSO (2002, [Artículo])

Con el fin de predecir y tomar medidas de prevención, se presentan los modelos numéricos desarrollados para conocer parámetros reológicos de las mezclas de agua-sedimentos.

Flujo de lodos Parámetros reológicos Simulación INGENIERÍA Y TECNOLOGÍA

¿Por qué ocurren variaciones de nivel en el lago de Tequesquitengo? 2. Simulación de eventos en el siglo XIX

CARLOS GUTIERREZ OJEDA (2004, [Artículo])

En el siglo XIX, el lago de Tequesquitengo (Morelos, México) tenía un nivel de agua de aproximadamente 20 metros por debajo del actual; entre 1820 y 1865 el nivel subió y dejó bajo el agua al pueblo que había en sus orillas. La explicación que se ha dado a este fenómeno se relaciona con un trasvase y un sistema de riego construidos en esa época. En la primera parte de este trabajo se aborda, mediante la modelación matemática, el estudio de la interacción existente entre el lago y el acuífero subyacente, dada la evidente relación que existe entre ellos. Como resultado se logra una calibración de una zona del acuífero que rodea al lago, de modo que se reproducen con precisión los niveles observados en el lago y, de forma aproximada, las isolíneas del nivel del agua subterránea (manto freático). Se hacen recomendaciones sobre posibles soluciones al descenso del nivel del lago. En la segunda parte se aborda lo relacionado con los eventos del siglo XIX. Luego de construir un escenario que pudiera semejarse a las condiciones naturales de esa época, se prueban dos variantes que reflejan la acción del trasvase y el sistema de riego sobre el acuífero y el lago, obteniéndose las conclusiones pertinentes. Posteriormente se analiza la variante que se relaciona con una posible recarga natural accidental desde el acuífero profundo.

Lagos Aguas superficiales Modelos matemáticos Simulación Lago de Tequesquitengo CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS Y CIENCIAS DE LA TIERRA

Simulación de los procesos geoquímicos en jales mineros

Yann Ramos-Arroyo ANNE MARGRETHE HANSEN HANSEN CHRISTINA DESIREE SIEBE GRABACH (2006, [Artículo])

Para conocer el comportamiento de drenajes ácidos de residuos mineros se modelaron los procesos

geoquímicos que controlan la solubilidad de elementos potencialmente tóxicos (EPT): As, Cu, Pb y Zn en depósitos de jales. Se utilizó el programa de equilibrio hidrogeoquímico PHREEQC2, utilizando datos de la composición de un yacimiento epitermal del distrito minero de Guanajuato, México. Estas simulaciones describen el potencial de acidificación y liberación de EPT al oxidarse los sulfuros. Se simularon adiciones secuenciales de calcita para probar el efecto del pH en los procesos que controlan la solubilidad de los EPT (precipitación de fases secundarias y/o adsorción en la superficie de ferrihidrita). Los resultados indican que los drenajes ácidos de minas podrían controlarse añadiendo las cantidades adecuadas de calcita y metano para lograr la neutralización y un pH adecuado que permita la adsorción y/o precipitación de EPT.

Drenajes ácidos de minas Procesos geoquímicos Simulación CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS Y CIENCIAS DE LA TIERRA

Simulación del movimiento del aire en un invernadero tipo Venlo

Simulation of air movement in a Venlo-Type greenhouse

JORGE VICTOR PRADO HERNANDEZ ABRAHAM ROJANO AGUILAR FELIPE BENJAMIN DE LEON MOJARRO MAURICIO CARRILLO GARCIA LAURA ALICIA IBAÑEZ CASTILLO VICENTE ANGELES MONTIEL IRINEO LORENZO LOPEZ CRUZ (2013, [Artículo])

En años recientes se ha observado que los modelos matemáticos basados en las ecuaciones completas de Navier-Stokes representan adecuadamente la ventilación en invernaderos y ofrecen información detallada de la distribución espacial de la masa de aire; sin embargo, resulta muy costosa la adquisición de los permisos de uso de los paquetes de cómputo comerciales por lo que es necesario investigar sobre modelos simplificados con el fin de reducir los costos de los estudios. En este trabajo se simuló la circulación de aire en un invernadero tipo Venlo en diferentes condiciones de ventilación, mediante dos modelos: uno de ellos considera las ecuaciones completas de Navier-Stokes, y el otro resuelve un modelo simplificado de Navier-Stokes en el que no se considera la aceleración convectiva en la ecuación de cantidad de movimiento.

Invernaderos Ventilación natural Método del elemento finito Simulación INGENIERÍA Y TECNOLOGÍA

Simulación del rendimiento de maíz (Zea mays L.) en el norte de Sinaloa usando el modelo Aquacrop

Simulation of corn (Zea mays L.) yield in northern Sinaloa using the Aquacrop model

HILARIO FLORES GALLARDO WALDO OJEDA BUSTAMANTE Hector Flores Magdaleno ENRIQUE MEJIA SAENZ (2013, [Artículo])

La intensificación de la variabilidad climática ha generado incertidumbre en los volúmenes de agua disponible en varias zonas de riego de México, ocasionan inestabilidad en la productividad del cultivo de maíz (Zea mays L.). Los modelos calibrados de simulación biológica son una herramienta computacional viable para estudiar el comportamiento de los cultivos en condiciones climáticas y escenarios de manejo agronómico e hídrico diferentes. En la presente investigación se calibró y validó el modelo AquaCrop para simular el desarrollo del cultivo de maíz en el norte de Sinaloa, México, con tres condiciones de disponibilidad hídrica: riego total (RT) y riego deficitario (80 % y 60 % respecto a RT).

Cultivos alimenticios Maíz Simulación INGENIERÍA Y TECNOLOGÍA

Verificación de procedimientos numéricos de simulación de maniobras en compuertas

GILBERTO DE JESUS LOPEZ CANTEÑS JORGE VICTOR PRADO HERNANDEZ FELIPE BENJAMIN DE LEON MOJARRO VICTOR MANUEL RUIZ CARMONA MAURICIO CARRILLO GARCIA LAURA ALICIA IBAÑEZ CASTILLO (2014, [Artículo])

La aplicación de las ecuaciones de Saint Venant en los tramos de canales de riego requiere definir condiciones de frontera interna en los sitios donde se ubican estructuras de control como compuertas, considerando su ecuación dinámica para transmitir información hidráulica hacia ambos lados de la estructura, por lo que en el trabajo se verifican tres procedimientos numéricos de ejecución de maniobra de compuertas, con la finalidad de representar el movimiento de las estructuras de control, minimizándose el desfasamiento de caudales posteriores a una ejecución. Para ello se utilizó el canal Rehbock, de la Universidad Autónoma Chapingo, México, realizándose de forma automatizada la medición de los niveles de agua y gasto, obteniéndose que en la maniobra progresiva con reinicialización de tirante, la tendencia del gasto en la vecindad y la compuerta es similar, atenuándose las oscilaciones en el tiempo, el cual se corresponde con la dinámica del agua en los canales; además, cuando la variable a regular es el tirante, se recomienda usar la ejecución de maniobra instantánea o la progresiva con reinicialización de gasto; pero si la variable es el gasto, es preferible la maniobra progresiva con reinicialización de tirante; además, el procedimiento de simulación de la maniobra progresiva con reinicialización de tirante es el que mejor representa la dinámica del agua en la estructura.

Movimiento de compuertas Simulación Régimen no permanente Estructuras de control INGENIERÍA Y TECNOLOGÍA

Modelo de la calidad del agua en redes de distribución con flujo permanente

Velitchko Tzatchkov FELIPE IGNACIO ARREGUIN CORTES (1996, [Artículo])

Se presenta una metodología para la simulación de la calidad del agua potable en redes de distribución, estructurada con un modelo hidráulico y un modelo fisicoquímico. Considerando flujo y concentraciones permanentes y redes con varias fuentes, se presentan algoritmos para los siguientes casos: a) cálculo de la concentración en los nodos con sustancias conservativas y no conservativas; b) cálculo de la contribución de cada fuente sobre el consumo en los nodos; c) tiempo mínimo de residencia del agua en la red. Se propone una variante del algoritmo de Dijkstra del análisis combinatorio; d) tiempo máximo de residencia del agua en la red. Se propone una variante del algoritmo de Ford-Bellman del análisis combinatorio; e) tiempo promedio de residencia del agua. Se comenta el programa MOCARD, el cual realiza los algoritmos propuestos.

Redes de distribución de agua Modelos matemáticos Calidad del agua Simulación INGENIERÍA Y TECNOLOGÍA

Análisis de metodologías para la obtención de nuevos escenarios de cambio climático a menor escala, que incluyan estadísticos y métodos dinámicos para México: informe de la parte estadística

MARTIN JOSE MONTERO MARTINEZ (2017, [Documento de trabajo])

Cambio climático Simulación Modelos de circulación general CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS Y CIENCIAS DE LA TIERRA

Análisis de la reproducción de procesos atmosféricos que afectan el clima mexicano mediante simulaciones regionales del clima

José Antonio Salinas Prieto (2018, [Documento de trabajo])

Se realizó un estudio del clima regional mexicano que incluye su variabilidad y su cambio a largo plazo, el cual aporta información y conocimiento para evaluar las causas de los impactos regionales bajo el escenario de cambio climático RCP8.5 tanto en el período futuro cercano 2015-2039, como en el lejano 2070-2099, al comparar los cambios de procesos atmosféricos respecto al período base histórico 1980-2009.

Factores meteorológicos Cambio climático Impacto ambiental Simulación CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS Y CIENCIAS DE LA TIERRA