Modelado viscoelástico del PVC para análisis de formado en caliente de tuberías (campaneo)

Resumen

Uno de los más importantes logros del Centro de Ingeniería Asistida por Computadora en TERRAMIX S.A. ha sido la capacidad para llevar a cabo una simulación bastante confiable del proceso de campaneo por formado en caliente de tuberías PVC para la fabricación de juntas de tubería, en particular para sistema de empaques de hule tipo Rieber. Mediante las técnicas desarrolladas es posible determinar el perfil de la campana, incluyendo el nicho que se forma alrededor del empaque. Entre los diversos resultados que pueden ser cuantificados están la contracción de la campana luego del formado en caliente, radios de curvatura del perfil, reducción en el espesor de pared de la tubería en la campana, e interferencia de ensamble entre la campana y el empaque.

Este modelado requiere la consideración del comportamiento viscoelástico del PVC, el cual es fundamentalmente elástico a temperatura ambiente y se vuelve más viscoso a medida que aumenta la temperatura. Además requiere otras consideraciones propias del análisis estructural no lineal, como la variación de condiciones en el tiempo, las interacciones de contacto con fricción y el comportamiento hiperelástico del hule.

 Actualmente los resultados se usan solamente para determinar dimensiones de campanas y proseguir análisis posteriores, como ensamble de las juntas, pruebas hidrostáticas y simulaciones de las condiciones de operación de la tubería. También se podría usar esta técnica para simular la operación de las máquinas campaneadoras y determinar sus parámetros de operación, como por ejemplo la fuerza requerida para empujar el tubo contra el mandril de formado.

Otras aplicaciones, fuera del campo de interés de TERRAMIX, son operaciones similares de formado en caliente, como campaneo de otros tipos de juntas y tuberías, termoformado y simulación de condiciones de operación a temperaturas cercanas al punto de transición vítrea.

El objetivo de este reporte técnico es documentar las técnicas que han sido implementadas hasta el momento, su fundamento teórico, su estado actual y los puntos de mejoramiento. En este sentido, el aspecto más importante para mayores desarrollos es la determinación de los parámetros y propiedades de materiales aplicables a cada caso de diseño. Entre estos parámetros se incluyen por ejemplo los coeficientes de series de Prony a la temperatura de transición vítrea.