INSTALACIÓN Y PROCEDIMIENTO DE ESFUERZO MECÁNICO PARA MUESTRA POR MEDIO DE UN OBTURADOR
MEMORIA DESCRIPTIVA
La invención se refiere a las pruebas de esfuerzo mecánico de muestras tubulares Se entiende aquí por "muestra tubular" cualquier tubo o conjunto de tubos unidos entre ellos, eventualmente por intermedio de un manguito En consecuencia, podrá tratarse ya sea de un tubo único, ya sea de dos tubos unidos por cualquier medio, por ejemplo por soldadura, o bien aún de dos tubos que poseen respectivamente roscados macho y hembra y unidos por una conexión loscada constituida por estos roscados macho y hembra atornillados uno en el otro, o bien aún de dos tubos que poseen cada uno un roscado macho y unidos uno a otro por intermedio de una conexión roscada constituida por un manguito provisto de dos roscados hembra Por otra parte, se entiende aqui por "tubo" a cualquier componente tubular destinado a ser utilizado en un entorno de explotación difícil en el plano de la presión y/o de los esfuerzos mecánicos y/o de la corrosión y/o de la temperatura, como por ejemplo un pozo de petróleo o una refinería Por lo tanto, podrá tratarse, por ejemplo, de un tubo de perforación (o "drill pipe"), o de un tubo sin soldadura, liso o roscado, para el revestimiento
(o "casing") o para la producción de petróleo o de gas (o "tubing"), o de una canalización, o incluso de una tubería A fin de representar una resistencia equivalente a diferentes combinaciones de esfuerzos estáticos impuestos a una muestra tubular, el experto utiliza habitualmente una elipse llamada de Von Mises cuyos dos ejes principales son respectivamente representativos de una carga axial y de la presión soportada por dicha muestra, dicha carga axial puede comprender compresión, tracción o flexión A fin de probar el comportamiento de muestras tubulares en laboratorio bajo combinaciones de esfuerzos, el experto utiliza una instalación que posee un banco de esfuerzo (llamado banco de fatiga cuando provee esfuerzos dinámicos) y visualiza la resistencia a dichas combinaciones de esfuerzos por medio de una elipse de Von Mises Entre las instalaciones estáticas de esfuerzo conocidas, se puede particularmente citar, en primer lugar, aquellas que consisten en introducir un fluido presupzado en el interior de una muestra tubular cuyos extremos han sido solidarizados a obturadores, en segundo lugar, aquellas que consisten en utilizar un cilindro hidráulico ubicado en el interior o en el exterior de una muestra tubular, y en tercer lugar aquellas que consisten en combinar los dos tipos precedentes En el tipo de instalación que utiliza un fluido presupzado interno, la muestra tubular soporta a la vez una tracción y una presión Esto resulta del hecho de que el fluido interno presupzado induce no sólo una presión
(esencialmente radial) en la pared interna de la muestra tubular, sino también una presión (esencialmente axial) en los obturadores de extremo que induce una tracción axial en la muestra tubular La intensidad de la tracción es proporcional a la presión, cuando se hace variar la presión, por lo tanto se hace variar en las mismas proporciones la tracción Este tipo de instalación no permite por lo tanto el estudio de la influencia de la presión independientemente de la influencia de la tracción Este tipo de instalación no permite, por lo tanto, explorar cualquier combinación de presión y de tracción axial, sino solamente una combinación modelable por un segmento del gian eje de la elipse de Von Mises En el tipo de instalación que utiliza un cilindro hidráulico interno o externo, la muestra tubular no soporta más que una tracción axial pura Este tipo de instalación no permite, por lo tanto, el estudio de la influencia de la presión pura, como el estudio de cualquier combinación de presión y de tracción axial, sino solamente una combinación modelable por un segmento del eje de las abscisas (X) del plano de representación de la elipse de Von Mises Una instalación que utiliza a la vez un cilindro hidráulico y un fluido presupzado interno permite describir al menos una parte del plano de representación de la elipse de Von Mises pero al precio de una instalación compleja Por otra parte, las instalaciones presentadas anteriormente sólo permiten solicitar las muestras en forma estática Ahora bien, este tipo de
esfuerzo no permite reproducir ciertas condiciones de explotación difíciles que imponen ademas esfuerzos dinámicos, como por ejemplo aquellos que se encuentran en las estructuras compuestas de tubos y de conexiones que unen una plataforma "marina" en una cabeza de pozo de perforación que puede estar situado a algunos kilómetros de distancia, o aquellas que se encuentran en estructuras similares en pozos desviados que necesitan una puesta en rotación de la columna Tales estructuras están particularmente sometidas a esfuerzos cíclicos de flexión, eventualmente superpuestos a esfuerzos estáticos de presión interior y/o de tracción axial Se utiliza entonces una instalación, también llamada banco de fatiga, para probar las muestras en esfuerzos dinámicos La invención, por lo tanto, tiene por objeto proponer una alternativa a las instalaciones estáticas que utilizan a la vez un cilindro hidráulico y un fluido presupzado, y opcionalmente probar las muestras en forma dinámica Propone a tal efecto una instalación de esfuerzo mecánico de una muestra tubular, que comprende al menos un obturador (o "atacadera" o incluso "tubo flexible") alojado en la muestra a! nivel de una zona a probar, que presenta una extensión longitudinal superior a la de la zona a probar y que posee, en una ppmera parte, primeros medios de presión encargados de hacer variar localmente el diámetro de al menos una primera parte del obturador a fin de aplicarlo contra una superficie interna de la muestra al nivel de la zona a probar, de una segunda parte, segundos medios de presión
encargados de ejercer una primera presión interna elegida sobre una parte de la superficie interna de la muestra, situada al nivel de una segunda parte del obturador, y/o de una tercera parte, terceros medios de presión encargados de cooperar con al menos un elemento de obturación, solidarizado a la muestra a distancia de un extremo del obturador para definir una zona de acción en la que la muestra soporta una segunda presión interna elegida, independiente de la primera presión La instalación según la invención puede poseer características complementarias que pueden ser tomadas separadamente o en combinación, y particularmente - al menos un medidor extensiométpco de tensión ubicado en un lugar elegido de la superficie externa de la muestra y que da primeras mediciones de tensión representativas del estado de tensión soportado por la muestra al nivel del lugar elegido, - al menos dos medidores extensiométpcos de tensión ubicados en dos lugares diferentes elegidos de la superficie externa y que brindan primeras mediciones de tensión representativas del estado de tensión soportado por la muestra al nivel de los dos lugares elegidos, - la deformación por flexión deseada corresponde por ejemplo a primeras mediciones de referencia, iniciales, - dos medios de soporte destinados a soportar la muestra, un motor rotativo conectado a un medio de excitación, equipado con un dispositivo de masa descentrada conectado a un extremo de la muestra que
define un desequilibrio, y medios de control encargados de ordenar el accionamiento en rotación de la masa descentrada por el motor, según una velocidad ajustable, a fin de someter la muestra a una excitación vibratoria elegida, función del desequilibrio, para deformarlo cíclicamente por flexión, - al menos uno de los medios de soporte puede ser dispuesto para que su posición (o sus posiciones respectivas) corresponda(n) sensiblemente a uno (o varios) nudos de vibración de la muestra, -los medios de control pueden entonces estar encargados de adaptar la velocidad de rotación del motor en función de la amplitud de una tensión representativa de la tensión de flexión que se quiere hacer soportar a la muestra, - al menos un par de acelerómetros ubicados a 90° uno del otro en lugares elegidos de ia superficie externa de la muestra y que brinda segundas mediciones representativas de un desplazamiento soportado por esta muestra En este caso, los medios de control están encargados de adaptar la velocidad de rotación del motor en función de las últimas segundas mediciones brindadas por el par de acelerómetros, a fin que la amplitud del desplazamiento radial por flexión soportado por la muestra en un lugar elegido se mantenga sensiblemente constante, - al menos otros dos pares de acelerómetros En este caso, los acelerometros de cada otro par están ubicados a 90° uno del otro en otros lugares elegidos de la superficie externa de la muestra y brindan otras segundas mediciones tomadas al nivel de los otros lugares elegidos y
representativos de desplazamientos soportados por la muestra en otros lugares elegidos Los medios de control pueden entonces estar encargados de efectuar combinaciones de las últimas segundas mediciones a fin de adaptar la velocidad de rotación del motor en función de estas combinaciones, de manera tal que la amplitud del desplazamiento por flexión soportada por la muestra en los lugares elegidos se mantenga sensiblemente constante, - cuando la muestra tubulai está constituida por al menos dos componentes tubulares unidos entre ellos a! nivel de la zona a probar, dos pares de acelerometros son ubicados preferentemente de un lado y otro de la unión, - los medios de contiol puede estar encargados de comparar al menos las ultimas segundas mediciones brindadas poi al menos uno de los pares de acelerómetros en segundas mediciones de referencia representativas de una amplitud de desplazamiento inicial que corresponde a una amplitud de desplazamiento por flexión deseada al lugar elegido, luego de adaptar la velocidad de rotación del motor en función del resultado de la comparación, - los medios de control pueden estar encargados de determinar una distancia relativa entre la amplitud de desplazamiento (representada por las últimas segundas mediciones) y la amplitud del desplazamiento por flexión deseada, luego comparar esta distancia con límites de un intervalo de tolerancia llamado de regulación, para adaptar la velocidad de rotación del motor cuando la distancia esta fuera de dicho intervalo de regulación,
- un dispositivo de detección de rotación (o de giro o de ciclo) encargado de detectar cada rotación (o giro o ciclo) impuesto por el motor, - este dispositivo de detección de rotación está por ejemplo encargado de enviar a los medios de control una señal representativa de cada rotación detectada, a fin que adapten la velocidad de rotación del motor cada vez que el número de señales recibidas es igual a un numero elegido, - 'os medios de control pueden estar encargados de ordenar al motor, durante un prueba de esfuerzo, esforzar la masa descentrada en rotación según una secuencia elegida de velocidades de rotación a fin de someter a la muestra a una secuencia elegida de excitaciones vibratorias, - el obturadoi puede comprender un soporte sensiblemente no deformable sobre el que se monta una membrana anular deformable En este caso, los primeros medios de presión comprenden un primer circuito de alimentación de fluido encargado de introducir un fluido elegido (por ejemplo un líquido piesupzado) entre el soporte sensiblemente no deformable y la membrana para instaurar una presión elegida, - los segundos medios de presión pueden comprender un segundo circuito de alimentación de fluido ( por ejemplo un gas) que posee una salida de fluido que desemboca frente a la superficie interna de la muestra para instaurar la ppmera presión interna elegida, - este segundo circuito de alimentación de fluido puede por ejemplo atravesar en forma estanca la membrana,
- medios de detección de fuga, ubicados cerca de la superficie externa de la muestra en la zona a probar y encargados de detectar una eventual fuga del fluido (brindado por el segundo circuito de alimentación) en periferia de la muestra, - los terceros medios de presión pueden comprender un tercer circuito de alimentación de fluido apto para alimentar cada zona de acción con fluido (por ejemplo un liquido presupzado) a fin de ejercer sobre la muestra la segunda presión interna elegida, - un dispositivo de aguja unido al primero y tercer circuito de alimentación de fluido, y una bomba conectada al dispositivo de aguja, - el soporte del obturador (o tubo flexible) es por ejemplo un tubo que forma un conducto central hueco que define una parte del tercer circuito de alimentación de fluido y que comprende dos extremos opuestos de los cuales al menos uno desemboca en una zona de acción para alimentar con fluido, - dos elementos de obturación, instalados a distancia de dos extremos del obturador para definir al menos una zona de acción en la que la muestra soporta la segunda presión interna elegida, una parte del primer circuito de alimentación de fluido y/o una parte del segundo circuito de alimentación de fluido pueden estar alojadas en el interior del conducto central,
- al menos un transductor de temperatura instalado en un lugar elegido de la muestra y que brinda terceras mediciones representativas de la temperatura de la muestra en este lugar elegido, - al menos un transductor de presión destinado a ser instalado en un lugar elegido de la muestra y que brinda cuartas mediciones representativas de la presión interna de la muestia en este lugar elegido, - los medios de control pueden estar encargados de comparar primeros resultados surgidos de algunas al menos de las primeras mediciones con segundos resultados surgidos de algunas al menos segundas mediciones, para autorizar la continuación de la prueba cuando los primeros resultados son compatibles con los segundos resultados La invención también se refiere a un piocedimiento de esfuerzo mecánico de una muestra tubular, que consiste en introducir en la muestra, al nivel de una zona a probar, al menos un obturador que presenta una extensión longitudinal superior a la de la zona a probar y que posee primeros y segundos y/o terceros medios de presión, luego a hacer variar localmente el diámetro de al menos una primera parte del obturador con los primeros medios de presión para aplicar este obturador contra una superficie interna de la muestra, al nivel de la zona a probar, y para ejercer con los segundos medios de presión una primera presión interna elegida sobre una parte de la superficie interna situada al nivel de una segunda parte del obturador, y/o para solidarizar a la muestra al menos un elemento de obturación, a distancia de un extremo del obturador, para definir una zona de acción, luego a ejercer sobre
la muestra, con los terceros medios de presión, una segunda presión interna elegida al nivel de la zona de acción El procedimiento según la invención puede poseer características complementarias que pueden ser tomadas en forma separada o en combinación, y particularmente - se puede utilizar al menos un medidor extensiométpco de tensión, ubicado en un lugar elegido de la superficie externa de la muestra, para obtener primeras mediciones de tensión repiesentativas del estado de tensión soportado por la muestra al nivel del lugai elegido, se puede utilizar al menos dos medidores extensiométpcos de tensión, ubicados en dos lugares diferentes elegidos de la superficie externa, para obtener primeras mediciones de tensión representativas del estado de tensión soportado por la muestra al nivel de los dos lugares elegidos, - se puede utilizar dos medios de soporte sobre los que se instala la muestra, y un motor rotativo conectado a un medio de excitación, equipado con un dispositivo de masa descentrada conectado a un extremo de la muestra y que define un desequilibrio, y se puede accionar la masa descentrada en rotación, por medio del motor, según una velocidad ajustable, para someter a la muestra a una excitación vibratoria elegida, función del desequilibrio, para deformarlo cíclicamente por flexión, - se puede ubicar al menos uno de los medios de soporte sensiblemente al nivel de un nudo de vibración de la muestra,
- se puede prever una etapa pieliminar de referencia en la que se elige en principio la velocidad de rotación inicial del motor en función de la amplitud de una tensión que se quiere hacer soportar a la muestra, - después de la etapa preliminar de referencia, se puede adaptar la velocidad de rotación del motor a fin de que la amplitud de la tensión de flexión soportada por la muestra y representada por primeras mediciones queda sensiblemente constante, - se puede utilizar al menos un par de acelerómetros ubicados a 90° uno del otro en lugares elegidos de la superficie externa de la muestra para obtener segundas mediciones representativas del desplazamiento soportado por esta muestra En este caso, se adapta la velocidad de rotación del motor en función de las ultimas segundas mediciones brindadas por el par de acelerometros, para que la amplitud del desplazamiento radial por flexión soportado por la muestra en el lugar elegido se mantiene sensiblemente constante, - también se puede utilizar al menos dos otros pares de acelerómetros En este caso, los acelerometros de cada otro par también están ubicados a 90° uno del otro en otros lugares de la superficie externa de la muestra y brindan otras segundas mediciones representativas de desplazamientos soportados por la muestra al nivel de los otros lugares elegidos Se puede entonces efectuar combinaciones de las últimas segundas mediciones a fin de adaptar la velocidad de rotación del motor en función de estas combinaciones, para que la amplitud del desplazamiento por flexión
soportado por la muestra en los lugares elegidos, se mantenga sensiblemente constante, - se puede comparar al menos las últimas segundas mediciones brindadas por al menos un par de acelerómetros con segundas mediciones de referencia representativas de una amplitud de desplazamiento inicial que corresponde a una amplitud de desplazamiento por flexión deseada al lugar elegido, luego adaptar la velocidad de rotación del motor en función del resultado de la comparación, - se puede determinar un intervalo relativo entre la amplitud del desplazamiento, representada por las últimas segundas mediciones, y la amplitud del desplazamiento por flexión deseada, luego comparar este intervalo con los limites de un intervalo de tolerancia llamado de regulación, para adaptar la velocidad de rotación del motor cundo esta distancia está fuera de dicho intervalo de regulación, S e puede detectar cada rotación impuesta por el motor, por ejemplo para adaptar la velocidad de rotación del motor cada vez que el número de señales recibidas es igual a un número elegido, durante una prueba de esfuerzo se puede dar al motor que accione la masa descentrada en rotación según una secuencia elegida de velocidades de rotación a fin de someter la muestra a una secuencia elegida de excitaciones vibratorias, - se puede efectuar una detección de huida en la periferia de la muestra, en la zona a probar,
- se puede solidarizar a la muestra dos elementos de obturación, a distancia de los dos extremos del obturador, para definir dos zonas de acción en las que se hace soportar a la muestra la segunda presión interna elegida, - se puede utilizar al menos un transductor de temperatura en un lugar elegido de la muestra para obtener terceras mediciones representativas de la temperatura de la muestra en este lugar elegido, - se puede utilizar al menos un transductor de presión en un lugar elegido de la muestra para obtener cuartas mediciones repiesentativas de la presión interna de la muestra en este lugar elegido, - se puede comparar primeros resultados de tensión surgidos de al menos primeras mediciones en segundos resultados de desplazamiento radial surgidos de ciertas al menos segundas mediciones para autorizar la continuación de la prueba cuando los primeros resultados son compatibles con los segundos resultados Otras características y ventajas de la invención aparecerán en el examen de la descripción detallada a continuación, y de lo s dibujos anexos en los que - la figura 1 ilustra en forma esquemática, un ejemplo de modalidad de una instalación de esfuerzo mecánico del tipo dinámico, según la invención, - la figura 2 ilustra en forma esquemática un ejemplo de modalidad de un obturador para una instalación de esfuerzo según la invención,
- la figura 3 ilustra en forma esquemática una vanante de obturador para una instalación de esfuerzo según ia invención, - la figura 4 ilustra un ejemplo de medidor extensiométpco de tensión adaptado a la detección de tensiones multi-axiales, - la figura 5 ilustra en forma esquemática un ejemplo de posicionamiento de medidores extensiométpcos de tensión sobre una muestra, - la figura 6 ilustra en forma esquemática, en una vista en corte transversal, un ejemplo de dispositivo de excitación entre un árbol de motor y una muestra tubular, - la figura 7 ilustra en forma esquemática el desplazamiento de la muestra en el caso de un esfuerzo mecánico de tipo dinámico, y - la figura 8 es un diagrama que ilustra una parte del cálculo de desplazamiento dinámico por medio de una elipse Los dibujos que se anexan podrán no sólo servir para complementar la invención, sino que también contribuir a su definición, llegado el caso En primer lugar nos referimos a las figuras 1 y 2 para describir un ejemplo de modalidad de una instalación I dedicada al esfuerzo mecánico de una muestra tubular E f Como se indica en la parte de la introducción, se entiende aquí por "muestra tubular" cualquier tubo o conjunto de tubos unidos entre ellos, eventualmente por intermedio de un manguito de unión En consecuencia, la
invención está adaptada al esfuerzo mecánico de muestras tubulares que se presentan bajo las siguientes formas -un tubo único (o componente tubular), -dos tubos (o componentes tubulares) unidos por cualquier medio, por ejemplo, por soldadura, - un primer tubo (o componente tubular) que posee un roscado macho y un segundo tubo (o componente tubular) que posee un roscado hembra destinado a cooperar con el roscado macho para constituir una conexión roscada, y - un primer tubo (o componente tubular) que posee un roscado macho, un segundo tubo (o componente tubular) que posee también un roscado macho, y un manguito de unión (o componente tubular) que posee dos roscados hembras destinados a cooperar respectivamente con los roscados macho para constituir una conexión roscada En el ejemplo ilustrado en la figura 1 , la instalación I está más particularmente adaptada a los esfuerzos mecánicos de tipo dinámico Pero, la invención no se limita a este caso Se trata en efecto tanto de los esfuerzos mecánicos de tipo dinámico que aquellas de tipo estática Se entiende aquí por "esfuerzo mecánico de tipo estático" un esfuerzo sensiblemente constante en un intervalo de tiempo y que resulta particularmente de la aplicación de una presión y/o de una tracción en una muestra tubular, mientras que se entiende por "esfuerzo mecánico de tipo dinámico" todos los otros tipos de esfuerzo variable en el tiempo, como por
ejemplo el que resulta de la aplicación en una muestra tubular no sólo de una presión y/o de una tracción, sino también de una excitación vibratoria elegida destinada a deformarlo por flexión cíclica Por otra parte, se entiende aquí por "amplitud de un esfuerzo
5 cíclico" la mitad de una distancia cresta a cresta Como se ilustra en la figura 1 , una instalación I, según la invención, posee en principio una primera parte (o banco) destinada a someter a esfuerzo mecánico una muestra ET Esta pi imera parte posee (al menos) un obturador P (ilustrado en la figura 2), también llamado atacadera o tubo
I O flexible, alojada en el interior de la muestra ET al nivel de una zona a probar ZT En el ejemplo no limitativo ilustrado en la figura 1 , la muestra tubular ET (en adelante llamada muestra) está constituida por primer T1 y segundo T2 tubos que poseen cada uno de un roscado macho (no
15 representado), y de un manguito de unión MR que posee dos roscados hembras que cooperan respectivamente con los roscados machos para constituir una conexión roscada que se desea probar Es la razón por la cual la zona a probar ZT se encuentra situada al nivel del manguito de unión MR Por supuesto, cualquier otra zona de la muestra ET puede ser objeto de una
20 prueba El obturador P, según la invención, debe presentar una extensión longitudinal (según el eje longitudinal del tubo) superior a la de la zona a piobar ZT, y posee primeros y segundos y/o terceros medios de presión
Los primeros medios de presión están encargados de hacer variar localmente el diámetro de al menos una primera parte PP del obturado! P a fin de aplicar contra la superficie interna de la muestra ET al nivel de la zona a probar ZT Por ejemplo, y como ilustrado en la figura 2, la variación local del diámetro del obturador P puede hacerse por medio de una membrana anular deformable M, montada en forma estanca en la superficie externa de un tubo TU del obturador P, y de un fluido elegido entregado bajo una presión elegida, entre la superficie externa del tubo y la membrana M, por un primer circuito de alimentación C1 que forma parte de los primeros medios de presión La membrana M está aquí situada en una región central del obturador P En una vanante ilustrada en la figura 3, el obturador P puede poseer una membrana M deformable que posee una parte central PC, eventualmente provista de almohadillados o vellosidades que permiten una buena repartición de fluido y la aplicación de la presión interior, y prolongada de cada lado por dos partes M1 y M2 preferentemente lisas El fluido bajo presión que es inyectado por el primer circuito de alimentación C1 permite insertar al menos una parte de la membrana M (al menos M1 y M2) contra la pared interna de la muestra ET y por lo tanto inmovilizar el obturador P en el interior de dicha muestra ET, al nivel de la zona a probar ZT, todo aislando una parte al menos de esta zona a probar ZT (particularmente al nivel de la parte central de la membrana)
Este fluido preferentemente es un líquido presupzado, como por ejemplo del agua Su presión máxima depende del diámetro de la muestra E f Por ejemplo, una presión máxima de 600 bars puede ser encarada por diámetros superiores a 17 cm, este valor depende evidentemente del tipo de bomba utilizado Los segundos medios de presión están encargados de ejercer una primera presión interna PI1 elegida sobie una parte de la superficie interna de la muestra ET, situada frente a una segunda parte del obturador P En el ejemplo ilustrado en la figura 2 la segunda parte del obturador P está situada al nivel de la membrana M Constituye una sub-parte de la primera parte PP sobre la que se extiende la membrana M Por el contrario, en el ejemplo ilustrado en la figura 3 la segunda parte del obturador P es la parte central PC situada entre las dos partes de extremo M1 y M2 de la membrana M Por ejemplo, y como se ilustra en la figura 2, los segundos medios de presión comprenden un segundo circuito de alimentación de fluido C2 que posee una salida que desemboca enfrente de la superficie interna de la muestra ET El segundo circuito de alimentación C2 alimenta de fluido, bajo una presión elegida, la zona de la muestra ET que se encuentra situada al nivel de la segunda parte del obturador P, que permite así instaurar allí la primera presión interna PI1 y por lo tanto de poner localmente la muestra ET (y aquí más precisamente su conexión roscada) bajo una presión
esencialmente radial similar a la que se encuentia durante condiciones de explotación difíciles El fluido que circula en el segundo circuito de alimentación C2 es preferentemente un gas presupzado, como por ejemplo el helio Su presión máxima depende del diámetro de la muestra ET Por ejemplo, una presión máxima de 600 bars puede ser considerada para diámetros superiores a 17 cm, este valor depende evidentemente del tipo de bomba utilizada Los terceros medios de presión cooperan con al menos un elemento de obturación 81 , que está instalado a una distancia elegida de un extremo del oblurador P a fin de definir en la muestra ET una zona de acción ZA en la que la muestra ET soporta una segunda presión interna PI2 elegida Se puede asi inducir una tracción en la zona de acción ZA de la muestra ET Por ejemplo, el elemento de obturación 81 está solidarizado a uno de les extremos de la muestra FT Cuando este extremo posee un roscado, la so dapzación puede hacerse por roscado Cuando se quiere inducir una carga de tracción axial sobre toda la longitud de la muestra ET, se prevé dos elementos de obturación B1 y B2 Por ejemplo, cada elemento de obturación 81 , B2 está solidarizado a uno de los dos extremos de ia muestra ET La zona de acción ZA se extiende entonces entre los dos elementos de obturación B 1 y B2 Cuando los dos extremos de la muestra ET poseen un roscado, la sohdapzacion de los elementos de obturación 81 y B2 puede hacerse poi atornillado Como
variante puede hacerse por cualquier otro medio, y por ejemplo por una soldadura continua entre extremo de muestra y elemento de obturación. El valor T de la carga de ti acción axial está por ejemplo dado por la fórmula.
Donde IDt es el diámetro interior de la muestra ET y por lo tanto tubos T1 , T2, IDP es el diámetro interior del tubo TU del obturador P, y {PI2} es la segunda presión interna. Se puede como vanante pensar en crear en la muestra ET dos zonas de acción independientes, de una parte y de la otra del obturador P, con el fin de ejercer una tracción axial en cada una de las partes de muestra a las cuales ellas corresponden Por ejemplo, y como se ilustra en la figura 2, los terceros medios de presión comprenden un tercer circuito de alimentación con fluido C3 encargado de alimentar con fluido presurizado cada zona de acción ZA. Con la finalidad de alimentar cada zona de acción ZA se puede, por ejemplo, servirse del tubo TU del obturador P. Más precisamente, cuando el tubo TU está vaciado, puede servir a canalizar el fluido liberado por el tercer circuito C3 y formar una parte de éste último Por ejemplo, y como se ilustra en la figura 2, el tercer circuito C3 comprende una salida unida a un orificio atravesando formado en la paied del tubo TU, permitiendo así alimentar éste último con fluido presupzado
El fluido que circula en el tercer circuito de alimentación C3 es preferentemente un líquido presupzado, como, por ejemplo, el agua Por ejemplo, puede proyectarse una presión máxima de 600 bars, cualquiera sea el diámetro de la muestra ET Para optimizar el aislamiento de la zona sometida a prueba ZT y de la zona de acción ZA, la presión del fluido que circula en los primeros medios de presión y destinado a inflar la membrana M del obturador P se elige supepoi a la primera y segunda presiones interiores PI 1 y PI2 Cuando el mismo fluido circula en el primer C1 y tercer C3 circuito de alimentación con fluido, estos últimos pueden ser, por ejemplo, unidos a un dispositivo de sistema de agujas DA, por otro lado unido a una bomba de alta presión PE Giacias a tal dispositivo de sistema de agujas DA, se puede, por ejemplo, comenzar por instaurar la presión elegida en cada zona situada entie el tubo TU y la membrana M (o su parte centra! PC), con el fin de inmovilizar el obturador P dentio de la muestra ET, y, si se quiere ejercer una tracción sobre la muestra ET se cierra el primer circuito C 1 y se abre el tercer circuito C3 con el fin de instaurar la segunda presión interna PI2 en cada zona de acción ZA Por supuesto, cada circuito de alimentación Cl a C3 puede disponer de su propia bomba de alta presión En presencia de un tubo TU hueco (o vaciado), es ventajoso que una parte al menos del primer C1 y segundo C2 circuitos sea alojado en el intepoi del tubo TU En ese caso, cada salida del primer circuito C1 está unido
a, al menos un orificio atravesando formado en la pared del tubo TU al nivel de la membrana M correspondiente En el primer ejemplo de modalidad del obturador (que ilustra la figura 2), el segundo circuito C2 atraviesa la pared del tubo TU al nivel de un orificio y se encuentra unido herméticamente a otro orificio atravesando formado en la membrana M En el segundo ejemplo de modalidad del obturador P (ilustrado en la figura 3) el segundo circuito C2 está unido herméticamente a un orificio atravesando formado en la pared del tubo TU a nivel de la parte central PC Con el fin de fijar las tensiones impuestas a la muestra ET, pero también de determinar las deformaciones y/o desplazamientos que podrían tener lugar como consecuencia de las tensiones impuestas, se coloca sobre la superficie externa de la muestra ET al menos un medidor extensiométpco de tensiones Jk (el índice k representa aqui el número de medidores extensiométpcos utilizados) y/o al menos un par de acelerómetros A?1 y A?2 (el índice i representa aquí el numero de pares utilizados) Cada medidor extensiométpco de tensiones Jk se encuentra ubicado (por ejemplo por encolado) en un sitio de la superficie externa de la muestra ET con el fin de liberar de las primeras medidas de tensión que son representativas del estado de tensión soportado localmente por esta muestra (a nivel del sitio escogido) Preferentemente se utilizan al menos dos medidores extensiométpcos de tensión Este número no es limitado Más elevado es, mas permite conocer con precisión la cartografía de las tensiones que soporta
la muestra ET y de las deformaciones que pudieran ocurrir localmente en el objeto Los medidores extensiométpcos Jk pueden ser de cualquier tipo Puede especialmente tratarse de medidores de tensión uni-axiales y/o de 5 medidores de tensión multi-axiales, por ejemplo dispuestos en forma de rosetas en tres direcciones, como se ilustra en la figura 4 Gracias a los medidores de tensión Jk puede conocerse, especialmente al inicio (etapa preliminar de referencia), el estado de la tensión (uní o multi-axial) soportado por la muestra ET en uno o varios sitios (o ? o secciones) y el efecto de un esfuerzo ejercido sobre éste Un esquema que representa un ejemplo de posicionamiento de medidores de tensión Jk sobre una muestra ET, que cuenta con dos tubos T1 y T2 de diámetro exterior próximo de 240mm y de largo 2 300mm ensamblados por rosca con ayuda de un mango roscado MR de un largo 15 sensiblemente igual a 400mm se encuentra ilustrado en la figura 5 En este ejemplo, se utilizanl 1 medidores de tensión J1 a J1 1 • Un medidor J5 se coloca sensiblemente en el plano medio de la muestra ET, es decir en el plano medio del mango MR según el eje 0o, • Se coloca un medidor J1 o J3 próximo a cada extremidad de la 20 muestra ET (aquí sobre los tubos T1 , 72 a una distancia del plano medio igual a aproximadamente 1300 mm) según el eje 0o
• Se colocan medidores J2 y J4 respectivamente en la primera y segunda sección intermedia de la muestra ET ( aquí sobre los tubos 11 , 12 a una distancia del plano medio ligeramente igual a 900 mm) según el eje 0°, • Tppletes medidores (J6 a J8) y (J9 a J 1 1 ) colocados respectivamente en terceras y cuartas secciones intermediarias de la muestra
ET (aquí sobre los tubos T1 , T2 a una distancia del mango sensiblemente igual a una vez el diámetro exterior de los tubos T1 , T2, es decir, a una distancia del plano medio sensiblemente igual a 530mm aproximadamente) Los medidores de cada tpplete están aqui posicionados a 90° los unos de los otros según dos configuraciones difeientes, a titulo de ejemplo Así se pueden usar pares o el cuádruple de medidores Por supuesto puede utilizarse un número mas limitado de medidores de tensión Jk Por ejemplo, y como se ilustra en la figura 1 , pueden solamente utilizarse dos medidores de tensión, ei primero colocado en el centro de la muestra y el segundo a cierta distancia del primero De manera general, las posiciones de los medidores de tensión Jk dependen del sitio donde se encuentra implantado el obturador P en la muestra ET Los dos acelerómetros A?1 y A?2 de cada par se colocan (por ejemplo por encolado) a 90° el uno del otro en sitios elegidos, de la superficie externa de la muestra ET, con el fin de liberar segundas medidas (o señales) representativas, después de una doble integración, del desplazamiento dinámico soportado localmente por la muestra
Por ejemplo, se utiliza un primer par A11 y A12 que se asocia a otros dos pares de acelerómetros A21 y A22 por un lado, A31 y A32 por el otro Los dos acelerómetros Af 1 y A?'2 de cada otro par (f = 2 o 3 en el ejemplo en consideración) se colocan (por ejemplo por encolado) a 90° el uno del otro en sitios elegidos de la superficie externa de la muestra ET, diferentes de los sitios en dónde están implantados ¡os acelerómetros A1 1 y A12 del primer par Se encuentran destinados a liberar otras segundas medidas (o señales) representativas, luego de una doble integración, del desplazamiento dinámico soportado localmente por la muestra ET a nivel del sitio en el cual son implantados En el ejemplo en consideración los pares de acelerómetros A1 1 -A12 y A21-A22 están ubicados respectivamente sobre los tubos T2, T1 cerca del mango de ajuste y de una y otra parte de éste, mientras que el par A31 -A32 está dispuesto sobre el tubo T2 cerca de la extremidad de la muestra ET El conjunto de medidores de tensión (J1 a J1 1 ) y los paes de acelerómetros (A1 1 a A32) permite determinar las tensiones y los desplazamientos radiales dinámicos en cualquier punto de la muestra ET Volveremos mas tarde, sobre la utilidad de los pares de acelerómetros La instalación I puede contar con otros sensores diferentes a los medidores de tensión Jk y los pares de acelerómetros (A?1 -A?2)
Así, como se ilustra en la figura 1 , se puede prever al menos un transductor de presión CP y/o al menos un transductor de temperatura CT y/o al menos un detector de fluido DF El transductor de temperatura CT se instala en un sitio elegido de la muestra ET, por ejemplo a nivel de la zona a someter a prueba ZT El mismo se encarga de liberar señales (o terceras medidas) representativas de la temperatura de la muestra ET a nivel del sitio en el que está instalado Dicho transductor CT permite especialmente hacer una auto-compensación de las medidas liberadas por los medidores de tensión, para así graduar las variaciones de temperatura locales El transductor de presión CP se instala en un sitio elegido de la muestra ET, por ejemplo a nivel de la zona a someter a prueba o, como se ilustra en la figura 2, a nivel de un elemento de obturación B1 Está encargado de liberar señales (o cuartas medidas) representativas de la presión interna (PI1 o PI2) soportada por la muestra ET a nivel del sitio en el que está instalado Dicho transductor CP puede especialmente permitir detectar una variación súbita de la presión interna inducida por una fisura El detector de escapes DF está instalado en un sitio de la muestra ET, por ejemplo a nivel de la zona a someter a prueba ZT, y más precisamente a nivel de la segunda parte del obturador P Está encargado de detectar cualquier presencia de fluido (gas), liberado por el segundo circuito C2, en el exterior d la muestra ET En caso de detección de un escape, el detector DF genera una señal de alarma con destino al módulo de control MC
Dicho detector DF puede especialmente permitir la detección de una fisura en la muestra ET Gracias a los medios de esfuerzo citados con anterioridad (primeros y segundos y/o terceros medios de presión) es posible someter a 5 esfuerzo la muestra ET de manera estática Se puede así someter la muestra ET a una presión pura utilizando los primeros medios de presión (primer circuito C1 ) para pegar la membrana M contra la superficie interna de dicha muestra ET, y los segundos medios de presión (segundo circuito C2) para aplicar localmente una primera
I O presión interna (radial) PI 1 sobre la pared interna de la muestra ET Se recuerda que una muestra ET puede, en determinadas condiciones soportar presiones internas que pueden alcanzar los 600 bars Igualmente se puede someter la muestra ET a una tracción pura utilizando los primeros medios de presión (primer circuito C1 ) para pegar la 15 membrana M contra la superficie interna de dicha muestra ET, y los terceros medios de presión (tercer circuito C3) para aplicar en cada zona de acción ZA una segunda presión interna (axial) PI2 entre los elementos de obturación B1 y B2, por el tubo TU del obturador P Se puede someter la muestra ET a una presión combinada a una
20 tracción utilizando los primeros medios de presión (primer circuito C 1 ) para pegar la membrana M contra la superficie interna de dicha muestra ET, los segundos medios de presión (segundo circuito C2) para aplicar localmente una primera presión interna (radial) PI1 sobre la pared interna de la muestra
ET, y los terceros medios de presión (tercer circuito C3) para aplicar en cada zona de acción ZA una segunda presión interna (axial) PI2 entre los elementos de obturación B1 y B2, por el tubo TU del obturador P Es importante notar que una prueba de esfuerzo mecánico puede comprender una fase única, en la cual la intensidad de cada esfuerzo
(presión y/o tracción) es sensiblemente constante o bien una secuencia de al menos dos fases en las que, por lo menos una de las intensidades de los esfuerzos vana de una fase a la otra Una prueba puede especialmente realizarse en vanas fases, cada una efectuada con una combinación particular de esfuerzos de forma, por ejemplo, explorar una parte del contorno de la elipse de Von Mises o cualquier otra linea definida a partir de la elipse, por ejemplo una porción de linea homotética de la elipse Una prueba esta definida por un fichero con parámetros efectuados por un técnico Puede ser eventualmente retomado si es que fue interrumpido Dicho fichero contiene todas las informaciones relacionadas con la muestra ET (referencia, diámetro) y con las presiones de los circuitos C1 a
C3, y los parámetros de medidas y de vigilancia Como se ilustra en la figura 1 , cuando se desea esforzar a la muestra ET de manera dinámica, la parte de la instalación I consagrada al esfuerzo debe comprender medios, complementarios de los medios de presión (M, C1 a C3), y conectados a la muestra ET con el fin de someterlos a una excitación vibratoria elegida destinada a deformarlo por flexión cíclica
Esos medios complementarios se presentan preferentemente en forma de dos medios de soporte S1 , S2 de la muestra ET, y de un motor rotativo MT, unidos a medios de excitación conectados a una extremidad de la muestra ET Por ejemplo, como ilustra la figura 1 , cada medio de soporte S1 ,
S2 está realizado en forma de soporte móvil cuya posición puede variar en función de las necesidades tanto en términos de esfuerzo como de dimensión de muestra ET Por ejemplo cada soporte móvil S1 , S2 está constituido por un elevador flexible del tipo de los comercializados con la marca "pneupde" por la empresa Firestone-Bpdgestone Como se ilustra en la figura 6 los medios de excitación están constituidos por un estuche BO fijado a un extremo de la muestra ET y alojando en rotación un dispositivo de masa descentrada DME armado a rotación sobre un árbol de soporte AR' Este dispositivo de masa descentrada DME determina un desequilibrio para el extremo referido de la muestra ET El enlace entre el motor MT y el árbol de soporte de los medios de excitación puede ser un enlace directo o un enlace homocinético LH, por ejemplo de tipo cardán o articulación plástica, que asegura la conexión entre un árbol de salida AR del motor MT y de los medios de excitación Una conexión por enlace homoanético como el de la figura 1 , presenta la ventaja de permitir una fijación del motor MT al chasis de la instalación y de no someter el motor a fuertes vibraciones
Una conexión directa necesita meter al motor en la punta de la muestra ET pero presenta otras ventajas que serán discutidas más adelante Por ejemplo se puede utilizar un motor MT de un poder eléctrico de 15 kW y puede poner en movimiento un árbol AR a una velocidad de 5 rotación máxima de 3000 vueltas/minuto aproximadamente Por ejemplo, y como se ilustra en la figura 6, el dispositivo de masa descentrada DME está montado a rotación en el estuche BO gracias a dos rodamientos RB Cuando el motor MT hace rotar la masa descentrada, ésta ? o tensiona al estuche BO a vibrar radialmente La muestra ET al estar ubicada sobre dos soportes S1 y S2 y al estar una de sus extremidades solidarizada con el estuche BO, la muestra ET se encuentra obligada a vibrar Es así sometido a una excitación vibratoria que es función (especialmente) del desequilibrio establecido por el dispositivo de masa descentrada DME que 15 provoca su deformación por flexión Más precisamente, una onda de flexión, cuya frecuencia fundamental es igual a la de rotación del desequilibrio, se propaga en la muestra ET de manera rotativa en relación a su eje longitudinal en reposo Este tipo de excitación permite reproducir un esfuerzo con una
20 tensión que gua y/o una deformación que gira por ejemplo del tipo de la que es generada por los desplazamientos de una plataforma marina y/o las corrientes marinas y/o la rotación de una columna tubular que desciende en un pozo desviado de la vertical
Es altamente preferible disponer de los dos soportes S 1 y S2 a dos nudos de vibración para la estabilidad de la muestra en período de ensayo Esto no es, en general, posible en el caso de la instalación con enlace homocinético LH pues éste está obligatoriamente situado en el nudo de la vibración Sólo el soporte S I puede disponerse a un nudo de vibración El otro soporte S2 puede estar en consecuencia sometido a importantes vibraciones En el caso de enlace directo entre motor MT y medios de ? o excitación se pueden disponer los dos soportes S1 , S2 a los nudos de vibración, lo cual es ventajoso y pretendo La trayectona seguida por la muestra ET, a nivel de la sección materializada por las flechas VII-VII de la figura 1 , se encuentra ilustrada a través de un esquema sobre ¡a figura 7 El circulo central de trazo continuo 15 materializa la posición inicial de ia muestra ET en reposo, los círculos punteados materializan las posiciones sucesivas de la muestra ET cuando se somete a excitación vibratona, y el círculo en con guiones materializan la trayectoria de! eje longitudinal de la muestra ET cuando se encuentra sometido a la excitación vibratoria 20 Se puede asi imponer una amplitud de tensión y/o desplazamiento radial de flexión sensiblemente uniforme sobre toda la circunferencia de la muestra ET
Por ejemplo se utiliza una masa descentrada de masa inferior o igual a 30 kg y un modo de excitación vibratoria llamada de resolución 1 cuya frecuencia de resonancia está comprendida entre alrededor de 20 Hz y alrededor de 30 Hz Se puede asi provocar una flexión cíclica cuya amplitud de desplazamiento radial puede sobrepasar la centena de milímetros, por ejemplo alrededor de 120 mm a nivel de! centro de la muestra ET (aqui ocupado por la conexión roscada con el mango de ajuste MR), cuando su diámetro es de 43 cm y su largo de algunos metros Es importante observar que cuanto más se acerca la frecuencia de rotación del motor a la frecuencia de resonancia, la amplitud de la onda de flexión a la cual la muestra se somete es más grande La velocidad de rotación del motor MT puede ser elegida merced a un vapador VR que recibe sus instrucciones (consignas) de un módulo de control MC acerca del cual volveremos más adelante Se elige trabajar sobre una playa de velocidades de rotación inferior a la frecuencia de resonancia de la muestra ET en modo 1 Esta frecuencia de resonancia depende de parámetros de la muestra ET (tales como el largo y el material) y otros parámetros (tales como el tipo de obturador P y los fluidos contenidos en la muestra ET) Eso puede teóricamente determinarse a partir de cálculos teóricos pero, teniendo en cuenta la complejidad de los parámetros, se determina más bien a partir de pruebas con y sin desequilibrio (DME) De una manera general, cuánto más corta es la muestia, más giande es la frecuencia de la resonancia
La fuerza de excitación F que se aplica en el extremo de la muestra ET, para obtener una amplitud de desplazamiento dada de la muestra depende del largo de la muestra Cuánto más débil es el largo de la muestra
ET, más la fuerza de excitación debe ser elevada a amplitud de desplazamiento (o de tensión) en la muestra dada La fuerza de excitación F en función del desequilibrio a utilizar (de masa M), del radio r del centro de inercia del desequilibrio y de la velocidad de rotación N del motor, está dada por la fórmula F -- M r ?' ein?t donde ? - 2p N y N está dado en vueltas/s Típicamente se eiige una velocidad de rotación N inferior en algunos hertzios a la frecuencia de resonancia de modo 1 A fin de permitir el control de la velocidad de rotación del motor MT, la instalación I comprende un módulo de control MC que por ejemplo está instalado en una computadora PC Más precisamente, el módulo de control MC es el encargado de regular la velocidad de rotación en la cual el motor MT debe arrastrar la masa descentrada DME para que la muestra ET esté sometida a una excitación vibratoria que peí mita provocar una deformación por flexión cíclica de amplitud de esfueizo o de desplazamiento radial sensiblemente constante, determinada en el curso de una fase preliminar de referencia La instauración de la deformación por flexión inicial se realiza preferentemente en el curso de una etapa preliminar de referencia a lo largo
de un intervalo de tiempo dado En efecto, teóricamente es posible determinar la velocidad de rotación deseada del motor MT que va a permitir inducir una deformación por flexión deseada de la muestra ET, teniendo en cuenta el desequilibrio utilizado Sin embargo, en la práctica, generalmente se deben efectuar ajustes de velocidad para que la deformación real se corresponda con la deformación deseada La etapa preliminar de referencia consiste entonces en imponer al motor MT, por ejemplo por medio del módulo de control MC, la velocidad inicial relativamente baja luego por ejemplo en leer la amplitud de la esfuerzo soportada por la muestra ET mediante uno al menos de los medidores extensiométpcos de tensión Jk Comparando la amplitud de esfuerzo medida con la deseada, se puede determinar si la velocidad de rotación es apropiada (en caso de equivalencia) o bien si la velocidad inicial debe adaptarse (en caso de diferencia) La comparación puede efectuarla el técnico operador a mano o bien automáticamente mediante el módulo de control MC Si la deformación real no es equivalente a la deformación deseada, se aumenta la velocidad de rotación en una cantidad dada para que la nueva velocidad de rotación induzca la amplitud de tensión deseada Nuevamente este incremento de la velocidad de rotación puede efectuarla el técnico operador a mano o bien automáticamente mediante el módulo de control MC
Las diferentes (primeras) mediciones de tensión efectuadas para determinar la velocidad de rotación a aplicar, se denominan primeras mediciones de referencia En lugar de las (primeras) mediciones de tensión, se puede utilizar (segundas) mediciones de aceleración, emitidas por el primer par de acelerómetros A?1 y A?2, asi como eventualmente para los otros pares de acelerómetros Af 1 y A?'2, que sirven entonces de mediciones de referencia para los desplazamientos radiales soportados por la muestra ET, y definir segundas mediciones de teferencia cuando se ha encontrado la velocidad de rotación que induce una amplitud de desplazamiento dado de la muestra Es importante observar que los acelerómetros utilizados para las segundas mediciones no deben colocarse en los nudos de vibración ni en las cercanías de éstos Una vez determinada la velocidad de rotación a partir de las primeras y segundas mediciones de referencia, la prueba de esfuerzo puede comenzar Se puede contemplar cualquier tipo de prueba Por ejemplo se puede deformar la muestra solamente en flexión cíclica, gracias a los medios de excitación arrastrados por el motor MT La invención puede aphcaise a muestras solamente probadas en flexión cíclica (condiciones puramente dinámicas sin esfuerzos cíclicos superpuestos) En este caso, sólo se utilizan los medios complementarios (entonces no son necesarios ni el obturador, ni los medios de presión ni los elementos de obturación)
También se puede deformar la muestra ET mediante flexión cíclica, gracias a los medios de excitación arrastrados por el motor MT, sometiéndola a una presión pura, utilizando los primeros medios de presión (primer circuito 01 ) para aplastar la membrana M contra la superficie interna
5 de dicha muestra ET, y los segundos medios de presión (segundo circuito 02) para aplicar localmente una primera presión interna (radial) PI1 sobre la pared interna de la muestra ET También se puede deformar la muestra ET mediante flexión, gracias a los medios de excitación arrastrados por el motor MT, sometiéndola
I O a una tracción pura, utilizando los primeros medios de presión (primer circuito 01 ) para aplastar la membrana M contra la superficie interna de dicha muestra ET, y los terceros medios de presión (tercer circuito 03) para aplicar en cada zona de acción ZA una segunda presión interna (axial) PI2 entre los elementos de obturación 81 y 82, vía el tubo TU del obturador P 15 Finalmente se puede deformar la muestia ET mediante flexión, gracias a los medios de excitación arrastrados por el motor MT, sometiéndola a una presión combinada con una tracción, utilizando los primeros medios de presión (primer circuito 01 ) para aplastar la membrana M contra la superficie interna de dicha muestra ET, los segundos medios de presión (segundo
20 circuito 02) para aplicar localmente una primera presión interna (radial) PI1 sobre la pared interna de la muestra ET, y los terceros medios de presión (tercer circuito 03) para aplicar en cada zona de acción ZA una segunda
presión interna (axial) PI2 entre los elementos de obturación B1 y B2, via el tubo TU del obturador P Es importante destacar que la utilización del obturador, de los medios de presión y de los elementos de obturación embarcados con la muestra según la invención, permite superponer, en forma muy ventajosa, una combinación de esfuerzos estáticos con un esfuerzo dinámico cíclico, que no permiten realizar las instalaciones de pruebas con cilindros hidráulicos en el estado de la técnica anterior, y elegir una combinación de esfuerzos estáticos dada, que no permiten ¡as instalaciones en el estado de la técnica anterior que ofrecen una simple presupzación interna por medio de un fluido Por otra parte es importante destacar que una prueba de esfuerzo dinámico puede comprender una fase única, en la cual la intensidad de cada esfuerzo (deformación por flexión y presión y/o tracción) es sensiblemente constante, o bien una secuencia de a! menos dos fases en las cuales una al menos de las intensidades de las esfuerzos varía de una fase a otra Por ejemplo, una prueba de esfuerzo dinámico puede comprender una secuencia de fases en las cuales la presión y/o la tracción se mantienen sensiblemente constantes, mientras que la velocidad de rotación la masa descentrada (DME) varía de una fase a otra (por ejemplo en forma creciente) Como se ha indicado anteriormente, una prueba se define por un archivo parametrado por un técnico Ese archivo contiene especialmente todas las informaciones relativas a la muestra (referencia, diámetro), a la condición de carga (peso del desequilibrio, velocidad (o frecuencia) de
rotación de cada fase de una secuencia, cantidad de ciclos (o vueltas) para cada fase) y a las presiones de los circuitos C 1 a 03, así como parámetros de mediciones y de control Se recuerda que el fenómeno de fatiga se caracteriza por la aparición de una fisura que se propaga especialmente a través de la pared de la muestra, al cabo de cierta cantidad de ciclos (o de rotación del motor) Cuando una fisura de fatiga se propaga en la muestra, hay pérdida del "monolitismo" de la muestra y la amplitud de la tensióny/o del desplazamiento radial que la muestra soporta varía si la velocidad de rotación (o frecuencia) permanece constante Otras causas antes de la aparición de una fisura de fatiga pueden provocar variaciones de amplitud de esfuerzo o de desplazamiento En consecuencia, si se desea que la deformación de la muestra ET, en tensión o en desplazamiento, permanezca sensiblemente constante desde el comienzo al fin de una prueba de esfuerzo, es necesario que la instalación I comprenda un sistema de recuperación de error que se basa en una regulación de la velocidad de rotación, impuesta en el desequilibrio (DME) por el motor MT , en función de una comparación entre las mediciones efectuadas y las mediciones de l eferencia La regulación de la velocidad de rotación se basa al menos • en las primeras mediciones de referencia (tensión) representativas de la amplitud de la tensión soportada inicialmente por la muestra ET,
• en las primeras mediciones posteriores representativas de la amplitud de la tensión soportada en todo momento por la muestra ET durante el ensayo Como variante, la regulación de la velocidad de rotación se basa al menos • en las segundas mediciones de referencia representativas de la amplitud o de las amplitudes de desplazamiento a nivel de cada sección de muestra ET equipada con un par de acelerómetros y que corresponde a la amplitud de deformación inicial, • en las segundas mediciones posteriores, representativas del desplazamiento soportado por la muestra ET en el curso del ensayo a nivel de su sección equipada con el primer par de acelerómetros A11 y A12, • Así como, eventualmente, en las otras segundas mediciones representativas de los otros desplazamientos soportados por la muestra ET a nivel de sus otras secciones equipadas con otro par de acelerómetros Ai'1 y A?'2 El módulo de control MC puede por ejemplo determinar un desvio relativo entre la amplitud de desplazamiento, proporcionada por las últimas segundas mediciones, y la amplitud del desplazamiento por flexión deseada, luego comparar este desvio en los límites de un intervalo de tolerancia llamada de regulación elegida, de manera de adaptar la velocidad de rotación del motor MT cada vez que el desvio esté fuera del intervalo de regulación Si se supera el umbral se considera aqui un error que debe repararse
El desvío relativo es por ejemplo comparado en los limites de un intervalo de regulación fijado en porcentaje, por ejemplo igual a ± 2 5% Si el desvio relativo entre el valor correcto y el último valor está fuera del intervalo comprendido entre - 2 5% y + 2 5%, entonces el error debe repararse Un segundo intervalo de tolerancia llamado de monitoreo, por ejemplo igual al doble del intervalo de regulación y centrado en este último, puede definirse para provocar la detención del ensayo si el desvio relativo está ubicado fuera de este segundo intervalo Lo que acaba de expresarse para los desplazamientos es aplicable a las tensiones La corrección de la velocidad de rotación efectuada por el módulo de control MC se basa en mediciones efectuadas según una frecuencia elegida Por ejemplo, esta frecuencia corresponde a la frecuencia de rotación del árbol AR arrastrado por el motor MT Cada rotación del árbol AR por ejemplo es detectada por un detector de rotación DR y se traduce por la generación de una señal con destino al módulo de control MC Así, cada vez que el módulo de control MC ha recibido una cantidad de señales igual a un número elegido, interroga a los acelerómetros y/o a los medidores extensiométpcos correspondientes mediante la retroahmentación y utiliza sus (primeras y/o segundas) mediciones para proceder a dicha retroahmentación El detector de rotación DR es por ejemplo de tipo óptico (comprende por ejemplo un láser de lectura, eventualmente del tipo del comercializado por la empresa Keyence)
Es importante destacar que la retroahmentación puede efectuarse a partir de mediciones emitidas por algunos al menos de los medidores extensiométpcos o bien a partir de las mediciones emitidas por algunos al menos de los acelerómetros (desplazamientos) o bien a partir a la vez de las mediciones emitidas por algunos al menos de los acelerómetros (desplazamientos) y de las mediciones emitidas por algunos al menos de los medidores extensiométpcos (tensiones) Un ejemplo de cálculo de retroalimentación que se basa en las (segundas) mediciones de los acelerómetros, se describe seguidamente (el cálculo puede efectuarse de la misma forma en las (primeras) mediciones de tensiones) Este ejemplo de cálculo parte de la hipótesis que la deformación operativa de la muestra ET es del orden 1 , y por lo tanto que la amplitud del desplazamiento a la frecuencia de excitación a nivel de cada sección provista de un par de acelerómetros, está directamente vinculada con la tensión soportada por la muestra ET En estas condiciones, para mantener constante la tensión inicial, correspondiente a la deformación inicial, basta con mantener constante cada amplitud de desplazamiento Cada vez que el módulo de control MC recibe una señal (o "top tour") del detector de rotación DR, toma nota de las (segundas) mediciones efectuadas por cada par de acelerómetros y extrae de allí un primer valor de amplitud máximo y el valor de fase correspondiente alrededor de la frecuencia de excitación
Cada valor de amplitud máxima se corrige por ejemplo a partir del análisis espectral de la señal temporal emitida por los acelerómetros, en función de la resolución en frecuencia y de los valores de las lineas en la frecuencia fn y en las frecuencias fn.? y fn+? de ambas partes de fn, por un algoritmo tal como el presentado más abajo. Siendo a„ la amplitud máxima en la frecuencia fn y an-? y an+? las amplitudes en las frecuencias f n-? , y fn+? y pf la resolución en frecuencia, entonces la amplitud (de aceleración) corregida a'n en la frecuencia fn está dada por la relación a'n= an/pa, con:
Estas amplitudes (de aceleración) corregidas se convierten luego en desplazamientos (u) mediante una doble integración espectral, donde:
a:. (2pfY
Las dos señales emitidas por un par de acelerómetros y representativas de un desplazamiento teórico son aquí de formas sinusoidales
La órbita de esas señales en una misma sección de muestra ET
describe una elipse cuyo eje mayor constituye la amplitud máxima de
desplazamiento en la sección de la muestra ET
Tal como se ilustra en la figura 8, esta elipse está inscrita dentro
de un rectángulo cuyos lados a y b corresponden a las amplitudes (de
aceleración) medidas y corregidas Sus ejes pnncipales están modificados por
un ángulo a con los ejes x, y según los cuales se efectúan las mediciones de
los pares de acelei ometros
L as ecuaciones paramétnpas de las dos señales pueden
expresarse de la siguiente manera (visualizada en la figura 8 por un punto M
dado por ejemplo por el top tour)
OMi x = a cos?t OM7 : y = b c s(?t+ F), con F O [0, 2p[
en donde F es un desfase dinámico entre las señales de dos
acelerómetros
Buscando una ecuación de elipse de la forma
A 2 + B2
y efectuando un cambio de referencia por rotación de un ángulo
a, se llega a la fórmula siguiente
a - ~ 1 arctart ( 2 cos*F. -t~<**> - b2
Con a 0 [0, p/2] Los ejes principales de la elipse se deducen entonces de la siguiente forma
b: eos2 a + a7 sin : a - lab sin a cosa cosF
a2b: su? : F B- \ b2 -in 2 a + a7 eos2 a + 2ab s.n « cosa cos F
El máximo de A y B corresponde entonces a la amplitud máxima ? o alcanzada Se puede verificar que colocando F = 90° (que corresponde a una ausencia de desfase dinámico y por lo tanto solamente a un desfase estático entre los acelerómetros de un par)), se encuentra efectivamente a = 0o, A = a y B = b 15 El módulo de control MC efectúa este cálculo para cada sección de la muestta ET equipada con un par de acelerómetros y elegida imcialmente por el técnico Los valores de la amplitud de desplazamiento de cada sección pueden ser eventualmente anotados en la pantalla de la computadora PC
20 Esta anotación puede por ejemplo efectuarse bajo la forma de una superposición de las últimas elipses obtenidas por medio de cada par de acelerómetros de cada sección de análisis Puede realizarse una puesta en escala de las diferentes elipses superpuestas en relación con el mayor
desplazamiento medido (en relación con la mayor gama de valores de entrada) De preferencia, el módulo de control MC determina el desvio relativo elegido entre cada amplitud de desplazamiento que ha determinado y la amplitud de desplazamiento correspondiente a las (segundas) mediciones de referencia iniciales Este desvío luego se compara con los límites de un intervalo de toler ancia de regulación que define el técnico antes de comenzar la prueba de esfuerzo Cuando e' desvio relativo tolerado (o porcentaje de tolerancia) se respeta a nivel de cada sección de la muestia ET , la prueba de estuerzo se continua con la misma velocidad de rotación que anteriormente, o bien con una nueva velocidad (o consigna) si dicha prueba comprende una nueva fase de amplitud de desplazamiento diferente Cuando el desvío relativo (o porcentaje de tolerancia) no se respeta a nive1 de una al menos de las secciones de la muestra ET, el módulo de control MC aplica un incremento (definido por el técnico antes de comenzar la prueba de esfuerzo) positivo o negativo según el valor del desvío en ei valor en curso de la velocidad de rotación, de manet a de definir el nuevo valor (o consigna) de velocidad del motor MT Cuando se ha aplicado un incremento, se puede por ejemplo prever que el módulo de control MC continué sus cálculos pero no aplica nueva corrección (nuevo incremento) durante un tiempo de espera definido
imcialmente por el técnico Esta regla está destinada a permitir que la instalación I estabilice su respuesta Es importante destacar que si en un momento dado la frecuencia, que corresponde a la nueva velocidad de rotación (o consigna) determinada por el modulo de control MC, supera una frecuencia máxima inicialmente definida por el técnico, la que es ligeramente inferior a la frecuencia de resonancia de la muestra ET , el test de esfuerzo se detiene También es importante observar que el tiempo de respuesta mínimo de la retroalimentación corresponde a la resolución de frecuencia elegida Cuando la retroahmentación solo se efectúa sobre las (primeras) mediciones de tensión, la consigna puede corregirse agregando incrementos positivos o negativos de velocidad de l otación Por ejemplo, se pueden comparar loe desvíos relativos de tensión (medidores extensiométpcos) en relación con los límites de un intervalo de tolerancia sobre las tensiones En este caso, se puede decidir aumentar la velocidad de rotación de un incremento en caso de superarse la parte inferior del limite bajo del intervalo de tolerancia de regulación por el desvio relativo de tensión De la misma forma, se puede decidir disminuir la velocidad de rotación de un incremento en caso de supeiarse la parte superior del limite alto del segundo intervalo de tolerancia de regulación por el desvío relativo de tensión Si el desvío relativo de esfuerzo esta fuera de un intervalo de tolerancia de control doble del
intervalo de tolerancia de regulación y centrado sobre éste, se puede decidir detener el motor MT y por lo tanto el ensayo Cuando la retroahmentación sólo se efectúa sobre las (segundas) mediciones acelerométpcas, la consigna puede corregirse de forma similar, agregando incrementos positivos o negativos de velocidad de rotación aumento de la velocidad de rotación de un incremento en caso de superarse la parte inferior del limite bajo del intervalo de tolerancia por el desvio relativo de desplazamiento y disminución de la velocidad de rotación de incremento, en caso de superarse ia parte alta del limite alto del segundo intervalo de tolerancia por el desvío relativo de desplazamiento Si el desvío relativo de desplazamiento está fuera de un intervalo de tolerancia de control doble del intervalo de tolerancia de regulación y centrado sobre éste, se puede decidir la detención del motor MT y por lo tanto del ensayo Cuando la retroalimentación se efectúa a la vez sobre (segundas) mediciones acelerométpcas y sobre (primeras) mediciones de tensión (medidores extensiométpcos), la consigna puede también corregirse agregando incrementos positivos o negativos Por ejemplo, se pueden comparar los desvíos relativos de desplazamiento (acelerometros) en relación con un intervalo de tolerancia sobre los desplazamientos (en porcentaje), como se indica más adelante, y comparar los desvíos de esfuerzo (medidores extensiométpcos) en relación con un intervalo de tolerancia sobre los esfuerzos (en porcentaje) En este caso, se puede decidir aumentar la velocidad de rotación de un incremento en caso de superarse la parte inferior
del límite bajo del segundo intervalo de tolerancia por el desvio relativo de esfuerzo, cualquiera sea el valor del desvío relativo de desplazamiento siempre que sea dentro del intervalo de tolerancia de control que le corresponde De la misma forma, se puede decidir disminuir la velocidad de rotación de un incremento, en caso de superarse el limite alto del segundo intervalo de tolerancia por la parte superior poi el desvío relativo de esfuerzo, cualquiera sea el valor del desvío relativo de desplazamiento, siempre que esté dentro del intervalo de tolerancia de control que le corresponde En caso de que el desvio relativo de esfuerzo o el de desplazamiento esté fuera del intervalo de tolerancia de control que le coi responde, se puede decidir detener el motor MT y por lo tanto el ensayo También se puede decidir que si los desvíos relativos de esfuerzo y de desplazamiento exigen incrementos de velocidad de rotación de signo opuesto, el ensayo se detenga. La instalación también puede funcionar en régimen llamado "degradado" Según eete régimen, esencialmente utilizado en presencia de una fisura de fatiga de tamaño notable por el hecho de que la fisura de fatiga no puede más que limitar el efecto del esfuerzo soportado por la muestra ET, se aumenta la velocidad de rotación de un incremento cuando se sale del intervalo de tolerancia de regulación. Ahora describiremos más en detalle, en referencia con la figura
1 , los equipamientos que pei miten a la instalación I poner en marcha su legulación o más simplemente, extraer las mediciones efectuadas por sus
diferentes transductores, y especialmente sus medidores extensiométricos de tensión Jk y sus pares de acelerómetros A?1 y A?2 La computadora PC está equipada por ejemplo con una tarjeta de entradas / salidas analógicas y numéricas Cl y con una tarjeta de análisis 5 CA La tarjeta de entradas / salidas analógicas y numéricas Cl es de tipo Measurement Computing PCI-DAS 1602/16 Una tarjeta como esta comprende por ejemplo o 8 entradas numéricas que permiten obtener informaciones I O lógicas sobre y para los medios de esfuerzo (o banco), como por ejemplo una autorización de arranque o una detección de piesencia de muestra ET . Estas 8 entradas son preferentemente parametradas por el técnico, •8 entradas analógicas que permiten recibir señales (o medidas) continuas (o DC) "lentas", como por ejemplo las presiones (CP) o la 15 temperatura (CT), • 4 salidas numéricas que permiten proporcionar instrucciones de funcionamiento en la caja de comando ARC que comprende el variador VR. Una de las salidas numéricas se utiliza por ejemplo como perro guardián (o "WatchDog") El módulo de control MC es el encargado de cambiar el 20 estado de esta salida WatchDog a intervalos regulares Este cambio de estado se proporciona en un relé tempoi izado de la caja de comando ARC De esta manera, en caso de detención intempestiva de la aplicación
(provocada por ejemplo por un desperfecto del programa o un desperfecto de componente(s)) el relé temporizado detiene el funcionamiento del motor MT, • 1 salida analógica que permite imponer la consigna del vapador VR La tarjeta de análisis CA es por ejemplo del tipo OROS OR25
PC_ PACK 11-316 (con 16 vías de entrada) Es la encargada de recopilar y de analizar las mediciones alternativas (AC) emitidas por ciertos transductores (medidores extensiométpcos de tensión, acelerómetros), en forma de señales dinámicas Las mediciones de los medidores extensiométpcos de tensión Jk están preferentemente condicionadas por un módulo de acondicionamiento de señales MCS por ejemplo de tipo central de medición HBM, antes de ser transmitidas a la tarjeta de análisis CA La tarjeta de análisis CA está por ejemplo conectada a la computadora PC por una tarjeta de interfase PCI/PCMCIA La parte dedicada al análisis de las señales dentro de la tarjeta de análisis CA comprende por ejemplo un analizador OR25 que comprende un módulo de análisis de tipo OR763 para el análisis frecuencial por transformada de Fourier rápida o FFT (para "Fast Fourier Transform"), y un módulo de registro de tipo OR773 El modo de mediciones utilizado por el analizador OR 25 es por ejemplo el modo FFT en tiempo real Teniendo en cuenta la playa de
frecuencias de excitación vibratoria (típicamente 10 a 50 Hz), la banda de análisis a utilizar debe ser definida entre aproximadamente 50 y 100 Hz Cuando el paso de variación de la regulación de la velocidad, con el potenciómetro del vapador VR, es del orden de 2/100a de vuelta, esto
5 corresponde a una variación en frecuencia del orden de 0 1 Hz La resolución de medición (que es definida por la relación entre la banda de análisis y la cantidad de líneas espectrales) debe ser entonces inferior o igual a ese paso de variación La duración de cada medición es inversamente proporcional a esta resolución en frecuencia por ejemplo para una resolución de 0 05 Hz, la ? o duración de la medición es de 20 segundos La regulación de esta resolución se efectúa en el analizador por intermedio de la cantidad de lineas espectrales El técnico tiene la posibilidad de modificar esta regulación de resolución, a fin de controlar la duración de medición El analizador OR25 efectúa mediciones de espectros en módulo
15 y en fase, sincronizadas sobre la señal taquimétpca emitida por el detector de rotación (o de vuelta o de ciclo) DR al que está acoplado Estas mediciones son de preferencia promediadas en el tiempo Se puede encarar una regulación de la cantidad de promedios temporales El módulo de control MC calcula y permite indicar en la pantalla de la computadora PC la duración de
20 una adquisición Por definición, la duración del intervalo de tiempo comprendido entre dos mediciones de retroalimentación es igual al producto de la duración de adquisición por la cantidad de promedios definida
Es ventajoso administrar las saturaciones de las vías de entrada de la tarjeta de análisis CA En este caso, se especifica para cada vía del analizador una gama de valores de entrada para el convertidor analógico/numérico de la tarjeta de análisis CA El analizador permite detectar
5 una saturación del convertidor durante la medición, característico de una medición errónea La regulación de las gamas de valores de entrada permite disponer de toda la dinámica numérica del convertidor (por ejemplo 16 bits) para las mediciones El analizador OR25 puede también disponer de un modo de
I O autocahbración de las gamas de valores de entrada A partir de las señales máximas, determina entonces las regulaciones de las gamas óptimas para cada una de las vias de entrada Eventualmente se puede agregar un margen de segundad a cada óptimo El técnico puede entonces especificar para cada via de entrada,
1 una gama de valores de entrada fija o automática (y un margen eventual de seguridad asociado) Es importante destacar que en el curso de la prueba cualquier detección de saturación durante una medición provoca el registro de un acontecimiento y la detención de la prueba El analizador OR 25 proporciona para cada par de acelerómetros
20 utilizado un valor de fase cadenciada por cada señal taquimétpca (o giro superior) emitida por el detector de rotación DR Este valor de fase es en realidad representativo del desfase relativo entre los dos acelerómetros de un par instalados a nivel de una sección de la muestra ET El analizador OR25
ofrece una perfecta sincronización de las diferentes señales medidas en relación con cada señal de giro superior La medición de fase sólo puede efectuarse correctamente si la señal de giro superior está presente En caso de pérdida de la señal taquimétpca, el analizador no activa las mediciones El módulo de control MC detecta un problema cuando no se detecta ninguna señal de giro superior dentro de un plazo seleccionado (por ejemplo igual a 2 segundos) Las señales de los medidores extensiométpcos de tensión Jk son de preferencia recopiladas y analizadas al mismo tiempo que las señales emitidas por los pares de acelerometros Se puede así seguir en la pantalla de la computadora PC la evolución del esfuerzo soportado por la muestra testeada a nivel de cada sección equipada con un medidor extensiométpco de tensión Jk La salida de! detector de rotación DR está por ejemplo conectada no sólo con la tarjeta de análisis CA sino también con una caja contadora de vueltas BCT, tal como una caja ADAM 4080, que a su vez está conectada vía un bus RS485 con una caja de comunicación BCN, tal como una caja ADAM 4520, conectada con un puerto sene de la computadora PC por un vínculo RS232C El conteo de la cantidad de vueltas permite determinar la cantidad de ciclos de flexión soportada por la muestra desde el arranque del ensayo hasta su detención (por ruptura de la muestra, pérdida de presión interna, incapacidad de retroalimentacion en el intervalo de tolerancia
especificado, funcionamiento demasiado cercano de la frecuencia de resonancia, o cualquier otra causa prevista para producir la detención del ensayo) El conteo de las vueltas (o rotaciones o ciclos) por el módulo de control MC se efectúa mediante una lectura regular de los tramos sobre el puerto sene Por ejemplo, cada error de comunicación reconocido durante la regulación por retroalimentacion, engendra un defecto de conteo de la cantidad de vueltas (o ciclos) que interrumpe la retroa mentación El módulo de control MC puede realizarse en forma de circuitos electrónicos (o "hardware"), de módulos de programas (o informáticos o "software"), o de una combinación de circuitos electrónicos y de módulos de programas La invención no se limita a las modalidades de instalación de esfuerzo y de procedimiento de esfuerzo descritos más adelante, solamente a título de ejemplo, sino que engloba todas las vanantes que podrá encarar el hombre especializado en el marco de las reivindicaciones siguientes La invención tiene por objetivo por ejemplo aplicarse a una muestra tubular constituida por dos tubos conectados entre si por cualquier otro modo de conexión que no sea roscado Las muestras pueden así estai formadas por dos tubos conectados por toda clase de procedimientos de soldadura el término procedimiento de soldadura es aquí tomado en el sentido amplio y cubre especialmente los procedimientos de soldadura con fusión (con o sin material
de aporte) o sin fusión, de soldadura fuerte o soldadura por metal, de difusión al estado sólido y/o al estado liquido (descritos por ejemplo en los documentos de patente EP1418376, US6288373, WO99/08828), o también por interpenetración de los materiales de las superficies a conectar, del tipo por ejemplo magnetoformado o formado por explosión Las muestras pueden también comprender dos tubos conectados poi una o vanas piezas de enlace tales como, por ejemplo, bridas colocadas en los extremos de los tubos Las conexiones entre tubos también pueden ser conexiones del tipo descrito en la patente US5681059, que funcionan por cooperación de senes de relieves y ranuras anulares machos y hembras dispuestos sobre la superficie exterior de un tubo y la superficie interior del otro tubo La invención tiene por objetivo también aplicarse a una muestra tubulai constituida por más de dos tubos conectados de a dos por cualquier modo de conexión Se puede entonces definir especialmente una zona a probar a nivel de cada conexión o empalme Se puede en este caso utilizar vanos obturadores Alternativamente, se puede utilizar un obturador sobre el cual se definieron muchas zonas a probar También se pueden utilizar muchos segundos medios de presión paia ejercer primeras presiones internas independientes unas de otras en cada una de las zonas a probar Se pueden también utilizar muchos terceros medios de presión para ejercer segundas presiones internas independientes una de otra