Effect of hybridisation and nano reinforcement on repairing cracked pipeline

Efecto de la hibridación y el nanorefuerzo en la reparación de tuberías agrietadas

Los materiales compuestos se utilizan para reparar grietas en tuberías que aparecen después de un período de tiempo. Este estudio investiga el efecto de la hibridación sobre el comportamiento de las ampollas en la reparación con composite mediante el método de elementos finitos. El comportamiento de la mejor secuencia de apilamiento hibridada se compara con los resultados experimentales para validar los resultados numéricos. El efecto de agregar nanotubos de carbono de paredes múltiples (MWCNT) a la resina epoxi, utilizada para unir la reparación compuesta con la tubería de acero, se explora combinando el MWCNT y el epoxi mediante una mezcla de alto cizallamiento. Los resultados mostraron que la hibridación tiene un gran efecto en la mejora del comportamiento de formación de ampollas en la reparación con composite. La preparación de adhesivo nanorreforzado mediante mezcla por cizallamiento no mostró una mejora notable. Predecir el comportamiento de reparación del compuesto mediante la prueba de ampollas utilizando el método de elementos finitos puede usarse como una buena indicación de la protección de la tubería.

1. INTRODUCCIÓN

Los materiales compuestos se utilizan para reparar problemas de las tuberías, como grietas y fisuras debidas a la intemperie y a las grandes diferencias de temperatura entre verano e invierno[1,2]. Se utilizan con este fin por su capacidad para superar las tensiones generadas en las tuberías y conservar la rigidez a la flexión y a la tracción de las tuberías provocada por la alta presión interna[3].

Recientemente, la demanda de materiales compuestos de alta resistencia y buen rendimiento está aumentando debido a su extraordinaria tenacidad en diversas condiciones térmicas y químicas, como resultado de la hibridación de materiales compuestos de generación[4,5]. Mediante la hibridación de materiales compuestos se pueden mezclar dos o más tipos de fibras en la resina para aprovechar las buenas propiedades de las fibras y superar los puntos débiles de las fibras individuales[4,6,7].

Las propiedades mecánicas se ven muy influidas por la secuencia de apilamiento de los composites híbridos[4], en los que se utilizan y mezclan los tipos y la secuencia de fibras adecuados. Tener en cuenta la aplicación requerida y sus requisitos específicos de propiedades particulares puede mejorar en gran medida el comportamiento del material compuesto. La selección del tipo de fibra depende del número de capas que se vayan a utilizar, además de la densidad y el grosor de cada capa[8].

El uso de una combinación híbrida de fibra de vidrio con otros tipos puede mejorar las propiedades mecánicas y de impacto[9]. Aunque los compuestos poliméricos reforzados con carbono tienen una resistencia extremadamente alta, su coste es elevado y su tenacidad y deformación hasta el fallo son bajas, lo que restringe su uso en aplicaciones que requieren una alta resistencia a la compresión y a la flexión. La adición de fibra de vidrio a los compuestos poliméricos reforzados con carbono puede mejorar en gran medida la tensión de fallo y reducir el coste[10,11].

La prueba de la ampolla[12] se utiliza para evaluar la adherencia de la reparación de material compuesto a la tubería. La reparación de material compuesto se pega con un adhesivo sobre una placa de acero con un orificio en el centro.