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

Un modelo para simular la transferencia de agua en sistemas de riego por goteo

MANUEL ZAVALA TREJO WALDO OJEDA BUSTAMANTE (1999, [Artículo])

Se presenta un modelo numérico de simulación para describir y analizar la infiltración y redistribución del agua en el suelo bajo condiciones de riego por goteo. La solución numérica de la forma mixta de la ecuación de Richards se obtuvo utilizando el método del elemento finito en la discretización espacial y un esquema de diferencias finitas implícito para la integración en el tiempo. En una primera etapa el esquema numérico fue validado comparando sus resultados con soluciones analíticas obtenidas para formas simplificadas de la ecuación de transferencia de agua. Posteriormente se presentan algunos casos prácticos de interés agrícola donde se analizan alternativas potenciales que permitan diseñar y mejorar este tipo de sistema de riego.

Riego por goteo Transferencia de agua Modelos numéricos Simulación CIENCIAS AGROPECUARIAS Y BIOTECNOLOGÍA

Radiación no lineal en la ecuación de Richards bidimensional aplicada al drenaje agrícola subterráneo

MANUEL ZAVALA TREJO CARLOS FUENTES RUIZ Heber Saucedo (2005, [Artículo])

Se presenta una aproximación mecanicista para modelar el funcionamiento hidráulico de un sistema de drenaje agrícola subterráneo, el cual consiste en acoplar numéricamente la ecuación de Richards bidimensional para el flujo de agua en el suelo con la ecuación de continuidad y una ley de resistencia para el flujo de agua en el dren. Este acoplamiento se realiza imponiendo, en el perímetro de los drenes, la condición de radiación no lineal de Zavala et al. (2003). Haciendo uso de evidencia experimental, se evalúa la capacidad de descripción tanto del modelo basado en la condición de radiación no lineal como del modelo clásico reportado en la literatura, que impone en los drenes una condición de superficie de filtración. A partir de la comparación con datos experimentales, se muestra que con la condición de superficie de filtración se sobrestima el gasto de drenaje y el abatimiento de la superficie libre debido a que se considera nula la resistencia en la interfaz suelo saturado-dren. La validación experimental permite mostrar que la descripción de las transferencias de masa y energía, que se desarrollan en un sistema de drenaje agrícola subterráneo durante la recesión del manto freático, debe realizarse imponiendo en los drenes la condición de radiación no lineal.

Drenaje agrícola subterráneo Modelos numéricos CIENCIAS AGROPECUARIAS Y BIOTECNOLOGÍA

El uso de los modelos numéricos de mesoescala en México: un ejemplo de aplicación

RENE LOBATO SANCHEZ OLIVIA RODRIGUEZ LOPEZ Indalecio Mendoza Uribe (2004, [Artículo])

Durante la década de los 90 se inició en México la implementación de modelos numéricos de la atmósfera a nivel de mesoescala. La colaboración interinstitucional del Instituto Mexicano de Tecnología del Agua (IMTA), el Centro de Ciencias de la Atmósfera de la UNAM (CCA/UNAM) y el Servicio Meteorológico Nacional (SMN) trajo consigo que en la actualidad se tengan este tipo de modelos trabajando en forma operativa para el SMN y continuando con experimentos y análisis en el campo de la investigación científica en los otros dos centros de investigación y desarrollo tecnológico. Por otra parte, el manejo y domino de los modelos numéricos de la atmósfera, y en particular del modelo MM5 se ha manifestado en los trabajos de acoplamiento con sistemas que se relacionan directamente con este tipo de patrones de circulación, por ejemplo, procesos de capa límite planetaria, suelo y cobertura vegetal y calidad del aire entre otros. Una de las utilidades adicionales se refiere al uso de este tipo de modelos en aplicaciones de estudios climáticos, consiguiendo una mejor definición regional de los procesos que ocurren a estas escalas en las que las redes de observación tradicionales no alcanzan a definir. En el presente trabajo, se muestra un caso de estudio utilizando el modelo numérico MM5 (detalles del modelo se describen en el cuerpo del trabajo) para determinar y cuantificar un proceso que tiene particular importancia por la interacción de la atmósfera con los procesos de superficie (suelo y cobertura vegetal).

Modelos numéricos Reciclamiento de lluvia Pronóstico meteorológico Modelo MM5 Flujo de humedad en atmósfera CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS Y CIENCIAS DE LA TIERRA

The impact of 1.5 °C and 2.0 °C global warming on global maize production and trade

Wei Xiong Tariq Ali (2022, [Artículo])

Future Climate Scenario Data Yield Reduction Risk CIENCIAS AGROPECUARIAS Y BIOTECNOLOGÍA CLIMATE CHANGE GREENHOUSE EFFECT MAIZE MITIGATION SIMULATION ACCLIMATIZATION ADAPTATION GLOBAL WARMING

Modelo hidrodinámico completo para riego por melgas

Heber Saucedo MANUEL ZAVALA TREJO CARLOS FUENTES RUIZ (2011, [Artículo])

Se presenta un modelo numérico para riego por melgas basado en el acoplamiento interno de las ecuaciones de Saint-Venant y Richards, el cual permite describir las fases de avance, almacenamiento, consumo y recesión del riego por melgas. La solución de las ecuaciones de Saint-Venant se aproxima utilizando un esquema Lagrangiano en diferencias finitas, mientras que para la ecuación de Richards se utilizan elementos finitos para la integración en el espacio y diferencias finitas implícitas para la integración en el tiempo. Los resultados obtenidos permiten concluir que el modelo puede ser utilizado con fines de diseño de riego por melgas.

Riego por melgas Acoplamiento numérico Fase de almacenamiento CIENCIAS AGROPECUARIAS Y BIOTECNOLOGÍA

Introducción a los métodos numéricos aplicados a la hidráulica

OSCAR ARTURO FUENTES MARILES Polioptro Martinez-Austria (1988, [Libro])

El libro pretende ser una introducción a los métodos numéricos aplicados a la ingeniería hidráulica, intentando establecer un equilibrio entre la presentación de los métodos y sus aplicaciones. De igual manera, se hace énfasis en su aplicación a la ingeniería hidráulica; con la intención de que el lector sea capaz, en problemas de su práctica profesional cotidiana, de lograr aplicacioens semejantes.

Hidráulica Métodos numéricos INGENIERÍA Y TECNOLOGÍA

Variability of Microcirculation Detected by Blood Pulsation Imaging

Alexei Kamshilin (2013, [Artículo])

The non-invasive assessment of blood flow is invaluable for the diagnostic and monitoring treatment of numerous vascular and neurological diseases. We developed a non-invasive and non-contact method of blood pulsation imaging capable of visualizing and monitoring of the two-dimensional distribution of two key parameters of peripheral blood flow: the blood pulsation amplitude and blood pulsation phase. The method is based on the photoplethysmographic imaging in the reflection mode. In contrast with previous imaging systems we use new algorithm for data processing which allows two dimensional mapping of blood pulsations in large object's areas after every cardiac cycle. In our study we carried out the occlusion test of the arm and found (i) the extensive variability of 2D-distribution of blood pulsation amplitude from one cardiac cycle to another, and (ii) existence of the adjacent spots to which the blood is asynchronously supplied. These observations show that the method can be used for studying of the multicomponent regulation of peripheral blood circulation. The proposed technique is technologically simple and cost-effective, which makes it applicable for monitoring the peripheral microcirculation in clinical settings for example, in diagnostics or testing the efficiency of new medicines. © 2013 Kamshilin et al.

algorithm, article, blood analysis, heart cycle, human, human experiment, image analysis, imaging system, male, microcirculation, peripheral circulation, photoelectric plethysmography, process development, Algorithms, Diagnostic Imaging, Diagnostic T CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS Y CIENCIAS DE LA TIERRA MATEMÁTICAS ANÁLISIS NUMÉRICO ANÁLISIS NUMÉRICO

El sistema de ecuaciones de Saint-Venant y Richards del riego por gravedad: 2. Acoplamiento numérico para la fase de avance en el riego por melgas

HEBER ELEAZAR SAUCEDO ROJAS CARLOS FUENTES RUIZ MANUEL ZAVALA TREJO (2005, [Artículo])

Se presenta una solución numérica monótona para el acoplamiento interno de las ecuaciones de Saint-Venant y Richards en el riego por melgas. La solución de las ecuaciones de Saint-Venant se aproxima utilizando un esquema lagrangiano en diferencias finitas; mientras que para la ecuación de Richards se utilizan elementos finitos para la integración en el espacio y diferencias finitas implícitas para la integración en el tiempo. Se muestra que una discretización de la ecuación de momentum, basada en aproximaciones de las derivadas y los coeficientes mediante ponderaciones en tiempo y espacio, puede generar cambios de monotonía en la vecindad de la cabecera de la melga; asimismo, se muestra que dicha situación no se presenta si se utiliza una discretización basada en: a) las derivadas en el espacio y la pendiente de fricción en una celda de cálculo se aproximan adelante en el tiempo; b) las derivadas en el tiempo se aproximan utilizando una forma ponderada; y c) los coeficientes son calculados en el tiempo anterior.

Riego por gravedad Riego por melgas Acoplamiento numérico CIENCIAS AGROPECUARIAS Y BIOTECNOLOGÍA

A simple extension to the CMASA method for the prediction of catalytic residues in the presence of single point mutations

David Israel Flores Granados (2014, [Artículo])

The automatic identification of catalytic residues still remains an important challenge in structural bioinformatics. Sequence-based methods are good alternatives when the query shares a high percentage of identity with a well-annotated enzyme. However, when the homology is not apparent, which occurs with many structures from the structural genome initiative, structural information should be exploited. A local structural comparison is preferred to a global structural comparison when predicting functional residues. CMASA is a recently proposed method for predicting catalytic residues based on a local structure comparison. The method achieves high accuracy and a high value for the Matthews correlation coefficient. However, point substitutions or a lack of relevant data strongly affect the performance of the method. In the present study, we propose a simple extension to the CMASA method to overcome this difficulty. Extensive computational experiments are shown as proof of concept instances, as well as for a few real cases. The results show that the extension performs well when the catalytic site contains mutated residues or when some residues are missing. The proposed modification could correctly predict the catalytic residues of a mutant thymidylate synthase, 1EVF. It also successfully predicted the catalytic residues for 3HRC despite the lack of information for a relevant side chain atom in the PDB file. © 2014 Flores et al.

1UU9 protein, 3HRC protein, protein, thymidylate synthase, unclassified drug, protein kinase, thymidylate synthase, accuracy, algorithm, Article, CMASA, CMASA Substitution Matrix, Contact Matrix Average Deviation, controlled study, correlation coeffi CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS Y CIENCIAS DE LA TIERRA MATEMÁTICAS ANÁLISIS NUMÉRICO ANÁLISIS NUMÉRICO