[pt] Neste trabalho, o Método dos Elementos Finitos (MEF) é aplicado na análise do campo eletromagnético em dutos metálicos, utilizados no transporte de óleo e gás. Instrumentos de inspeção podem utilizar esse método para verificar a existência de anomalias do tipo amassamentos e corrosões nos dutos, contribuindo para evitar vazamentos que podem causar acidentes ecológicos. Atualmente, a técnica de fuga de campo magnético (MFL) é a mais utilizada para precisar a profundidade dos defeitos encontrados nos dutos devido ao processo localizado de corrosão, onde a espessura se reduz progressivamente até o inicio de um eventual vazamento. Os picos dos sinais de fluxo magnético defletido indicam a perda de massa metálica localizada. A profundidade dos defeitos é correlacionada com a amplitude dos picos. Neste trabalho, o algoritmo baseado em Método de Elementos Finitos é utilizado para avaliar o desempenho do MEF na localização da posição de defeitos na parede do duto, através dos picos que aparecem nos gráficos de campo magnético. Essa análise será feita utilizando-se dois tipos de alimentação na entrada do duto: (I) apenas propagação do modo fundamental TEM e (II) diferença de potencial entre os cilindros externo e interno do duto. Diversos tamanhos de deformação em posições diferentes do duto serão analisados para se determinar para quais tipos de problema o algoritmo é eficiente. / [en] In this work, the Finite Element Method (FEM) is applied in the analysis of electromagnetic field generated by instruments employed for inspection of pipelines for natural gas-transmission. Inspection instruments can use this method to evaluate anomalies as corrosion and kneading in the superficies of the pipelines. This can avoid leaking that can cause ecological accidents. The Magnetic Flux Leakage (MFL) is the oldest and most commonly used in-line inspection method for finding metal-loss regions in gas- transmission pipelines. MFL inspections are typically used to detect, locate, and characterize metal-loss and other anomalies in natural gas-transmission pipelines. The amplitude or magnitude of an MFL signal is strongly related to defect depth. Alternatively, in this work, an instrument that generates a TEM wave is explored for inspection of pipelines. To evaluate the field distribution inside the pipe, an algorithm based on Finite Element Method is used to detect and locate an anomaly in the pipeline. It is used two kinds of source in the duct´s port: (I) just propagation in the FEM basic mode and (II) different potential between the internal and external cylindrical duct. Several sizes of anomalies will be analyzed to identify for which kind of problems the algorithm is useful.

[pt] Neste trabalho, o Método dos Elementos Finitos é aplicado na análise eletromagnética de estruturas coaxiais circularmente simétricas excitadas pelo modo TEM. A representação do campo magnético é feita através da associação de funções base polinomiais de diferentes ordens a grades que possuem elementos triangulares ou retangulares. Este trabalho apresenta um estudo comparativo entre as diversas possibilidades de associações função base e elemento, considerando o tempo de processamento computacional e a precisão exigida na simulação. A técnica é aplicada na análise de dispositivos de acoplamento entre diferentes guias coaxiais usualmente empregados em antenas de banda larga. Para validar os resultados do algoritmo, os resultados obtidos nas diversas etapas são comparados com aqueles obtidos via Método de Casamento de Modos. Além disto, a técnica é empregada para avaliar a possibilidade de utilização de dispositivos de inspeção de tubulação que utiliza uma onda TEM de alta freqüência. A onda TEM é excitada no interior da tubulação de forma que variações em suas paredes, nas condições de contorno dos campos, produzam alterações nas características de propagação, que serão detectadas e associadas às anomalias de suas paredes internas. Estes dispositivos de inspeção são empregados na indústria de petróleo e gás. / [en] In this work, the Method of Finite Element is applied in the electromagnetic analysis of circularly symmetrical coaxial structures excited by TEM mode. The representation of the magnetic field is made through the association of polynomial basis functions of different orders associated in the grids made of triangular or rectangular elements. This work presents a comparative study between different possibilities of association between basis functions and element, considering the computational time and the accuracy yielded by the simulation. The technique is applied in the electromagnetic analysis of coupling devices used to connect different coaxial waveguides operating at microwave frequencies. To validate the algorithm developed in this work, the MEF results are compared with those obtained by employing Method of Mode Matching (MMM). Moreover, the technique is also employed to evaluate the possibility of use of TEM wave highfrequency for inspection of metallic pipelines. The TEM wave is excited inside cylindrical metallic pipes and anomalies in the metallic walls are associated to the changes in the propagation characteristics. These inspection devices are intensively used in the industry of oil and gas.

[pt] Neste presente trabalho, o Método do Casamento de Modos é aplicado na análise e no projeto de estruturas coaxiais. A estrutura de excitação é um dos pontos críticos do projeto de antenas do tipo discone quando se pretende explorar suas características de banda larga. Seções não uniformes de guias de ondas coaxiais são usualmente utilizadas como elementos dessa estrutura de excitação sendo, eventualmente, necessária a inclusão de anéis dielétricos para garantir a rigidez mecânica da antena. Devido a essas não uniformidades encontradas nas dimensões e no meio dielétrico desse dispositivo de microondas, métodos numéricos serão utilizados na predição do seu comportamento eletromagnético. O correto dimensionamento desses anéis e das descontinuidades de guias de onda coaxiais que compõe a estrutura de alimentação, permite estabelecer um compromisso entre minimização das perdas, alargamento da banda passante e rigidez mecânica. Associados ao Método do Casamento de Modos serão utilizados algoritmos de otimização que farão o ajuste das dimensões dessas seções de guias de onda coaxiais não uniformes, visando à minimização da perda de retorno e o aumento da banda de operação da antena. Finalmente, será feito o estudo de algumas estruturas de excitação, onde serão otimizados seus desempenhos para a perda de retorno. / [en] In this present work, the Mode Matching technique is applied in the analysis and project of coaxial structures. The feed junction is one of the critical points of the project of discone antennas when broadband performance is expected. Usually, these junctions are composed of nonuniform sections of coaxial waveguide and, to guarantee the necessary mechanical rigidity of the structure, some sections are filled with dielectric material. The project of these feed junctions requires a compromise between frequency band, compact structure, minimal losses, and mechanical rigidity. Due to the discontinuities, numerical methods are used to predict the electromagnetic behavior. Here, Mode Matching technique associated with an optimization algorithm is employed in the adjustment of the dimensions of the coaxial waveguide sections, seeking the minimization of the return loss and the enlargement of the antenna bandwidth. Several types of junctions are explored and their performance is compared.