Modelo teórico experimental do comportamento mecânico de tubulações de distribuição de gás natural em PEAD PE-100

Abstract

Resumo:O uso do polietileno de alta densidade (PEAD) como matéria prima na fabricação de tubulações para distribuição e consumo de gás natural está em ascensão devido ao crescimento das redes de distribuição no Brasil. A melhoria nos processos de polimerização do PEAD possibilita a obtenção de compostos de melhor qualidade e por conta disso, maior resistência. Os ensaios previstos para o projeto das tubulações desconsideram, entretanto, a existência de eventuais defeitos nas paredes externas dos tubos. Dessa forma, o trabalho apresenta uma metodologia numérico-experimental baseada em ensaios de pressão destrutivos em corpos de prova (tubos de PEAD) com entalhes longitudinais e num modelo parametrizado utilizando Redes Neurais Artificiais. O respectivo modelo permite a correlação entre a pressão e tensão de ruptura, deformação e tempo até a falha, possibilitando o cálculo das deformações pelo princípio da correspondência viscoelástica mediante a aproximação das curvas obtidas experimentalmente. Os parâmetros do material são estimados a partir de dados da literatura, evidenciando a influência da taxa de deformação no comportamento viscoelástico do PEAD. Os resultados obtidos mostram que os corpos de prova com entalhes a partir de 20% da espessura apresentam ruptura frágil. A partir de 30% da espessura da parede a pressão de ruptura cai drasticamente, evidenciando com isso uma possível redução na previsão da vida útil de tubulações de PEAD.

Abstract: Polyethylene has been widely used as a raw material in piping lines of natural gas distribution due to the growth of network in Brazil. Production of quality HDPE polymers is improved by using new polymerization techniques producing better mechanical properties. The current tests do not forecast the effects of inherent flaws in outside pipe wall. Thus, the work presents a numerical-experimental methodology based on destructive pressure tests on test bodies (HDPE pipes) with longitudinal notches and on a parameterized model using Artificial Neural Networks. The respective model allows the correlation between pressure and rupture stress, strains and time to failure, and also the calculation of the deformations by the Correspondence Principle of viscoelasticity matching by approximation of the curves obtained experimentally. The material properties were estimated from literature data, evidencing the influence of the strain rate on the viscoelastic behavior of HDPE. The obtained results show that the specimens with notches from 20% of the wall thickness show brittle fracture. Above 30% of the wall thickness the rupture pressure drops dramatically, thus evidencing a possible decrease in the remaining lifetime of HDPE pipes.