[pt] Um novo conceito de manipulador esta sendo estudado com o intuito de realizar tarefas inviáveis para manipuladores tradicionais. Este modelo de manipulador se baseia em manipuladores contínuos. Eles apresentam uma estrutura similar a uma coluna vertebral, são altamente modulares, leves, podem ser atuados remotamente e possuem alto índice de adaptabilidade com o ambiente. Este tipo de manipulador apresenta características interessantes para utilização em diversos tipos de tarefas, principalmente em inspeções em locais com muitos obstáculos e ambientes inóspitos para os seres humanos. Esta dissertação apresenta o desenvolvimento de um protótipo de manipulador contínuo atuado remotamente por tendões. Ele possui estrutura modular formado por vértebras ligadas serialmente. Inicialmente projetado através de ferramentas computacionais para em seguida ser construído fisicamente. São apresentados estudos cinemáticos e simulações com comparações entre a parte teórica e experimental. Por fim, é desenvolvida uma situação para simular a atuação do manipulador em uma tarefa real. / [en] A new concept of robotic manipulator is studied to perform tasks not viable for traditional manipulators. This new model is based on a continuum manipulator. It has a structure similar to a backbone, it is highly modular, lightweight, it can be remotely actuated, and it has a high level of adaptability to the environment. This type of manipulator has interesting features for uses in various types of tasks, especially in inspections in places with many obstacles and inhospitable to humans. This thesis presents the development of a remote tendon drive robotic continuum manipulator prototype. It has a modular structure composed of serially connected vertebrae. It is initially designed by computational tools, and then physically built. Kinematic studies and simulations are presented with comparisons between theoretical and experimental results. Finally, a situation is presented to simulate the performance of the manipulator in a real task.

[pt] Verificação de Consistência com as Práticas Usuais da Indústria para Avaliação de Risco. A sociedade tem feito crescentes exigências quanto à redução de eventos com dutos, que resultem em danos à pessoa humana e ao meio ambiente. A competição de mercado exige dos operadores de dutos, confiabilidade e disponibilidade dos serviços de transferência e transporte de hidrocarbonetos, importante elo da cadeia logística da produção de petróleo. Este cenário leva, muitas vezes, os agentes regulamentadores a emitirem medidas prescritivas para a garantia da integridade dos dutos. Apesar disto e de muitos operadores excederem os requisitos prescritos, muitos acidentes com dutos tem ocorrido. Em resposta a este cenário desafiante, a indústria tem se organizado para sistematizar o gerenciamento da integridade de dutos baseando-se em risco. A norma API STD 1160 - Managing System Integrity for Hazardous Liquid Pipelines é de aplicação específica para dutos de hidrocarbonetos líquidos instalados em áreas de grandes conseqüências, definidas pela legislação norteamericana, porém não apresenta uma sistemática de aplicação simples e imediata. Iniciativas para indicar à indústria, metodologias simplificadas de avaliação de risco de modo a proporcionar aos operadores de dutos, ferramentas para a otimização dos recursos de inspeção com vistas à redução do risco, são bem recebidas e devem ser incentivadas. Neste trabalho é feita uma avaliação da metodologia de IBR para plantas industriais proposta no API 581 BRD, quanto a sua aplicabilidade a dutos. É verificada ainda a sua consistência com as práticas para avaliação de risco usadas pela indústria dutoviária, representadas neste estudo, pelo aplicativo comercial chamado IAP, Integrity Assessment Program. A metodologia do API 581 BRD foi aplicada à quatro oleodutos terrestres de uma unidade de Exploração & Produção, através dos métodos qualitativo, semi quantitativo e quantitativo de análise de risco para IBR e os resultados são discutidos. Observou-se a limitação do API 581 BRD para aplicação a oleodutos devido à falta de critérios para abordar alguns modos de falha que ocorrem em dutos e para tratar de conseqüências ambientais. Esta limitação decorre das diferenças fundamentais entre o modo de instalação de um duto e de um vaso de pressão. Mesmo assim foram avaliados programas de inspeção para os dutos estudados e os resultados alcançados foram considerados consistentes. Quanto ao software IAP, justamente por ser um aplicativo especialista, recomenda-se o seu desenvolvimento na direção da sistematização da busca de cenários mitigadores de risco otimizados em relação a custo. É proposta uma melhoria ainda mais desafiante, ou seja, a incorporação no algoritmo do IAP, do método do teorema de Bayes para se atualizar as expectativas do avaliador da integridade do duto sobre a evolução de um defeito sob observação, considerando-se a eficácia das técnicas de inspeção empregadas e o tempo decorrido entre uma inspeção e outra. Deste modo, se poderá avaliar diretamente programas de inspeção para dutos com o software IAP, usando- se uma metodologia simplificada similar à proposta no API 581 BRD. Recomenda-se para futuro estudo a aplicação do software em desenvolvimento para a norma API RP 580 a oleodutos com o objetivo de se verificar igualmente, sua metodologia quanto aos aspectos de adequação e simplicidade. / [en] An Evaluation of its Consistency to the Industry Common Practices for Risk Assessment. Society is increasingly demanding to industry actions aiming at reducing the occurrence of events with pipelines, which can result in injuries, fatalities and pollution. Market competition requires pipeline operators provide their clients with reliable and available transportation and transmission services, important links in the oil production supply chain. This scenario makes regulators to enact prescriptive measures in order to achieve higher levels regarding to pipeline integrity. Albeit these measures and the fact that sometimes pipeline operators exceed them, many accidents involving pipelines have been happening. In response to this challenging scenario, industry has been making efforts towards the systematization of integrity management considering risk. The standard API STD 1160 Managing System Integrity for Hazardous Liquid Pipelines was conceived specifically for liquid pipelines installed in high consequence areas, as defined by the North American legislation, but it doesnt contain an easy to apply and a simplified methodology. Initiatives aiming at providing the industry with simplified risk assessment methologies and tools for the optimization of inspection resources and risk reduction are welcome and should be stimulated. In this study its evaluated the applicability of the RBI methodology for processing plants and refineries, proposed in API 581 BRD, to pipelines. Its also verified the consistency of this methodology to the pipeline industry risk assessment practices, represented in this study by the commercial software IAP, Integrity Assessment Program. The API 581 BRD methodology was applied to four oil pipelines installed in an Exploration and Production business unit, using the qualitative, semi-quantitative and the quantitative approaches for risk assessment and RBI for optimizing inspection plans. The results are evaluated and discussed. Its observed limitations of API 581 BRD in regard to its application to pipelines as there are missing criteria for evaluating some pipeline typical failure modes and their respective environmental and financial consequences. These limitations result from the fundamental differences between the pipeline and pressure vessel installation ways. In spite of that, inspection plans for the pipelines studied were evaluated and the results obtained were considered consistent and satisfactory. Regarding the software IAP, mainly because its a specific program, its recommended its further development towards the implementation of a cost optimization algorithm for operators standard risk mitigation scenarios. Its also proposed a challenging improvement on the IAP, that is, the inclusion of the Bayes theorem methodology in its algorithm, aiming at updating the pipeline integrity evaluator expectations about the evolution of a defect taking into consideration the efficiency of the inspection techniques being used and the inspection frequency on that defect. With this provision it will be possible to evaluate inspection plans directly with IAP, using a simplified methodology, similar to that proposed in API 581 BRD. Its recommended for a future study, the application of the software which is presently being developed for the standard API RP 580, Risk Based Inspection, to pipelines for evaluating its methodology in regard to adequacy and simplicity.

[pt] Tradicionalmente, os equipamentos de elevação e transporte assumem uma posição de destaque na indústria, sendo as pontes rolantes os equipamentos mais utilizados. No caso da ThyssenKrupp Fundições Ltda., as pontes rolantes são responsáveis pelas principais paralisações dos negócios, trazendo prejuízos financeiros e operacionais. O emprego da IBR - Inspeção Baseada em Risco é bastante indicado para este tipo de equipamento, pois permite identificar as pontes rolantes que são críticas e deste modo estabelecer uma metodologia de inspeção eficiente, visando concentrar esforços nestes equipamentos de modo a reduzir seu risco de falha e garantir a manutenção dos negócios. Neste trabalho analisou-se um conjunto de pontes rolantes e componentes críticos da empresa ThyssenKrupp Fundições Ltda.. Para se cumprir este objetivo, foi aplicada a metodologia de IBR qualitativa para a análise do banco de dados de manutenção e inspeção. A teoria de IBR qualitativa usou uma matriz de risco COF x FOF (Conseqüência de Ocorrência de Falhas X Freqüência de Ocorrência de Falhas) onde cada uma das 20 pontes teve sua classe de risco estabelecida. Também foi feita a análise da freqüência de falhas dos componentes de todas as 20 pontes através dos registros de inspeção e manutenção localizados dentro do período de janeiro de 1995 a junho de 2002. Após a determinação das pontes rolantes críticas (risco alto e muito alto) e componentes críticos, foi elaborado um programa de inspeção para o gerenciamento dos mesmos, através de tabelas e fichas de inspeção onde a nova freqüência de inspeção foi calculada através da distribuição de probabilidade semi-empírica de Weibull. Além do programa de inspeção, foi proposta uma metodologia para análise dos resultados futuros obtidos com a aplicação do programa de inspeção e para proporcionar, através da realimentação do banco de dados, o contínuo aumento de sua eficiência. / [en] Traditionally, the transportation and elevation equipments assume a highlight position in the industry, being the overhead crane one of the mostly used equipments. As to the ThyssenKrupp Fundições Ltda, the overhead cranes are responsible for main causes for stopping of business, leading financial and operational lost. The use of RBI - Risk Based Inspection is very well indicated for this type of equipment since it allows the identification of which overhead cranes are critical and in this way the establish a mean of efficient inspection methodology, aiming to concentrate efforts on these equipments so as to reduce their failure risk and to guarantee the maintenance of the business. In this dissertation, a sub-set of overhead cranes and critical components of ThyssenKrupp Fundições Ltda was analyzed. In order to reach this objective, the RBI qualitative methodology was applied to the analysis of the maintenance and inspection database. The theory of the qualitative RBI used a risk matrix FOF x COF (Probability of Failure X Consequence of Failure) where each one of the 20 overhead crane had its class of risk established. Also, the components failure analysis frequency of all the 20 overhead cranes was made through the inspection registries situated in the period between January 1995 and June 2002. After determining the critical overhead crane (high and very high risk) and the critical components, an inspection program for their management was elaborated through means of table and inspection cards where the new inspection frequencies were determined through the Weibull distribution semi-empiric probability. Besides the inspection program, a methodology to analyze the future results obtained by the application of the inspection program was propose to offer suggestions for this continuous efficience raise.

[pt] Os defeitos nas especificações de requisitos podem ter consequências graves durante o ciclo de vida de desenvolvimento de software. Alguns deles resultam em uma falha geral do projeto devido a características de qualidade incorretas ou ausentes, como segurança. Existem várias preocupações que tornam a segurança difícil de lidar; por exemplo, (1) quando as partes interessadas discutem os requisitos gerais nas reuniões, muitas vezes não estão cientes que também devem discutir tópicos relacionados à segurança. (2) Normalmente as equipes de desenvolvimento não possuem conhecimentos de segurança suficientes. Isto geralmente leva a aspectos de segurança não especificados ou mal definidos. Essas preocupações tornam-se ainda mais desafiadoras em contextos de desenvolvimento ágil, nos quais a documentação leve geralmente está envolvida. O objetivo desta dissertação é projetar e avaliar uma abordagem para suportar a revisão de aspectos relacionados à segurança em especificações de requisitos ágeis de aplicativos web. A abordagem projetada considera estórias de usuário e especificações de segurança como entradas e relaciona essas estórias de usuário a propriedades de segurança através de técnicas de Processamento de Linguagem Natural. Com base nas propriedades de segurança relacionadas, nossa abordagem identifica os requisitos de segurança de alto nível do OWASP (Open Web Application Security Project) a serem verificados e gera uma técnica de leitura focada para dar suporte aos revisores na detecção de defeitos. Avaliamos nossa abordagem rodando dois experimentos controlados. Comparamos a eficácia e a eficiência de inspetores novatos que verificam aspectos de segurança em requisitos ágeis usando nossa técnica de leitura contra o uso da lista completa de requisitos de segurança de alto nível do OWASP. Os resultados (estatisticamente significativos) indicam que o uso da nossa abordagem tem um impacto positivo (com tamanho de efeito muito grande) no desempenho dos inspetores em termos de eficácia e eficiência. / [en] Defects in requirements specifications can have severe consequences during the software development life cycle. Some of them result in overall project failure due to incorrect or missing quality characteristics such as security. There are several concerns that make security difficult to deal with; for instance, (1) when stakeholders discuss general requirements in (review) meetings, they are often not aware that they should also discuss security-related topics, and (2) they typically do not have enough expertise in security. This often leads to unspecified or ill-defined security aspects. These concerns become even more challenging in agile development contexts, where lightweight documentation is typically involved. The goal of this dissertation is to design and evaluate an approach to support reviewing security-related aspects in agile requirements specifications of web applications. The designed approach considers user stories and security specifications as input and relates those user stories to security properties via Natural Language Processing (NLP). Based on the related security properties, our approach then identifies high-level security requirements from the Open Web Application Security Project (OWASP) to be verified and generates a focused reading technique to support reviewers in detecting defects. We evaluate our approach via two controlled experiment trials. We compare the effectiveness and efficiency of novice inspectors verifying security aspects in agile requirements using our reading technique against using the complete list of OWASP high-level security requirements. The (statistically significant) results indicate that using our approach has a positive impact (with very large effect size) on the performance of inspectors in terms of effectiveness and efficiency.

[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] Este trabalho apresenta o desenvolvimento de um sensor inovador combinando três técnicas de inspeção utilizadas nos Pigs Instrumentados Geométrico e Magnético, para a detecção e caracterização de defeitos na geometria em tubulações de aço. O sensor GMD, Geométrico Magnético Discriminador, faz a leitura magnética do duto através da técnica de campo de fuga magnético, com a adição da leitura geométrica além da discriminação de defeitos internos de externos. A combinação dessas três tecnologias habilita a construção de uma ferramenta de inspeção de alta resolução compacta e capaz de identificar e quantificar, com apenas uma coroa de sensores, amassamentos, perdas de espessura e além da sua combinação. Este estudo se apresenta em um momento oportuno, já que a Integração de dados é o ponto fundamental da recente norma de gerenciamento de ricos em dutos, API 1160, na qual combinando os resultados das inspeções de geometria e corrosão, tem-se uma melhor avaliação de risco. Testes foram realizados utilizando um PIG Plano com corpos de prova contendo defeitos variados. Os resultados verificaram que o sensor GMD quantifica e discrimina amassamentos com perda de espessura. Aspectos técnicos do desenvolvimento como os detalhes construtivos do sensor, testes de avaliação a resultados de laboratório são apresentados. / [en] This thesis presents the development of an innovative sensor head for detection and characterization of geometric defects in steel pipes that combines three inspection techniques usually employed separately in Caliper and Magnetic Flux Leakage (MFL) PIGs. The novel Geometric Magnetic Discriminator (GMD) sensor performs high- resolution magnetic pipeline readings using MFL with the addition of internal pipe geometry evaluations and discrimination between internal and external defects. The combination of these technologies in a single sensor facilitates characterization of dents and corrosions, while at the same time optimizing the PIG set-up. According to the repair criteria in the standard API1160, combined defects such as a dent with metal loss, which in the past could only be detected through combined data of two different runs (MFL+ Caliper), must be repaired immediately. The GMD sensor was tested in a linear test rig, known as Flat Pig, and data were taken from different defect sets. Evaluation tests demonstrated that the GMD sensor sizes and discriminates a dent with metal loss. Technical aspects of the development, e.g.: the construction details of the sensor, evaluation tests and laboratory results are presented.

[pt] Este trabalho apresenta a análise do sistema de medição utilizado pelo pig instrumentado tipo palito usado para detecção e dimensionamento de perda de espessura em dutos provocada por corrosão interna. A aplicação de testes experimentais de vibração, perfilagem geométrica e análise por elementos finitos têm objetivo de avaliar o sistema de medição dos sensores palito do Pig Palito, assim como mostrar os resultados obtidos com esta nova tecnologia de dimensionamento de micro geometria. Os dutos submarinos (offshore) empregam tradicionalmente as mesmas tecnologias de inspeção usadas em dutos terrestres (onshore) e uma dessas tecnologias é o pig instrumentado. No entanto, é encontrada uma vasta quantidade de dutos offshore com diferentes tipos de obstáculos que inviabilizam o uso dos pigs instrumentados convencionais, como os Pigs Magnéticos M.F.L. (Magnetic Flux Leakage) e Ultrassônicos. Os fatores relevantes que dificultam a inspeção, especialmente em dutos offshore, são os multi-diâmetros, raios de curvatura acentuados, equipamentos instalados ao longo do duto, alta espessura de parede do duto, escoamento multifásico, etc. Atualmente, o uso de Pigs Ultrassônicos e Magnéticos são as técnica disponíveis no mercado para inspeção da corrosão. Contudo, esses pigs possuem suas próprias limitações. Dentro deste contexto, foi desenvolvido um novo pig instrumentado, chamado de Pig Palito, para detecção e dimensionamento de perda de espessura em dutos com corrosão interna. Esta ferramenta foi desenvolvida para superar diversas limitações que outros pigs instrumentados convencionais têm durante a inspeção. Os resultados obtidos pela instrumentação do sensor palito na análise experimental indicam que a vibração dos sensores pode interferir na medição de micro geometria gerando erros de interpretação. A possibilidade de detecção, minimização e/ou eliminação desta possível deficiência do sensor palito são factíveis e abordadas na presente dissertação. Os bons resultados das inspeções de campo com os Pigs Palito comprovam o sucesso e viabilidade técnica no emprego desta tecnologia. / [en] This work presents the analysis and study of the technology used by the instrumented pig called Feeler Pig, used for detection and measurement of loss of wall thickness in pipelines due to internal corrosion. Those study´s objective are the evaluation of dynamic measurement of Feeler Pig´s sensors, through the application of experimental vibration tests, geometric evaluation`s tests and finite elements analysis, so that are showed the results rewarded by this new micro geometric measurement technique. Submarine pipelines (offshore pipelines) inspection traditionally employs the same technologies used for onshore pipelines and one of such technologies is the instrumented pig. However, it is very common to find offshore pipelines with many kinds of obstacles that may prevent the use of conventional instrumented pigs, like MFL (Magnetic Flux Leakage) pigs and ultrasonic ones. The relevant factors that make the inspection difficult, particularly in offshore pipelines, are the different diameters along the pipeline, small radius bends, equipments installed in the pipeline (such as manifolds and valves), increased wall thickness, multi-phase fluids, etc. Currently available techniques in the market to inspect these pipelines are ultrasonic and magnetic pigs, which, nevertheless, have their own limitations. Focusing on this context, a new tool was developed to detect and measure the loss of wall thickness in pipelines due to internal corrosion. This tool, called Feeler Pig, was designed to be able to overcome some of the limitations of conventional inspection pigs. The results achieved by instrumentation of the feeler type sensor`s body, experimental analysis tests, proved that vibration modes of the sensor interferes in the measurement of micro geometric. The possibility of detection, mitigation and / or elimination of the deficiencies of sensor`s issues are viable and addressed in this work. These, coupled with the excellent results of Feeler Pigs field inspections prove the technical feasibility and success in using this technology.

[pt] A Manutenção e Inspeção Baseada em Risco (IBR) compreende a utilização de ferramentas de cálculo de engenharia como análise estrutural por elementos finitos, análise de corrosão e fadiga, análise de risco e confiabilidade estrutural, de forma integrada, a fim de elaborar os planos de inspeção de maneira racional otimizada. No caso de inspeção de balsas para serviço offshore, particularmente da estrutura do convés principal da balsa, técnicas de análise de risco podem ser aplicadas para que se possam determinar os intervalos de inspeção de cada elemento da estrutura. Como resultado final, tem-se um plano de inspeção otimizado e aplicado à realidade estrutural da unidade. A presente dissertação tem por objetivo propor um método de predição baseado em IBR para aperfeiçoamento de processos de tomada de decisão referentes à manutenção de balsas para serviço offshore de uma grande empresa brasileira do setor de petróleo e gás natural. Apresenta-se um estudo de caso focalizando uma aplicação do método de predição em uma das balsas de serviço offshore da empresa – a Balsa de Serviço 3 (BS-3). Os resultados do estudo de caso permitem afirmar que a adoção de ferramentas de inspeção baseada em risco podem aumentar o TLV (Tempo Limite de Vida) das balsas de serviço offshore. Como consequência, os benefícios potenciais são: redução das incertezas associadas; identificação de avarias devido à deterioração estrutural; redução de custos de manutenção; e, principalmente, diminuição do tempo da paralisação das balsas de serviço. / [en] Risk-Based Inspection (RBI) involves the use of engineering calculation tools such as finite element structural analysis, corrosion and fatigue analysis, risk analysis and structural reliability in an integrated framework, in order to develop inspection plans in a rational and optimized manner. RBI attempts to map the structure degradation curve, in deterministic or probabilistic way. Once defined the degradation curve for the different areas of the structure, risk analysis techniques are applied to determine inspection intervals concerning each element of the structure. As final result, it is possible to obtain an optimized inspection plan applied to the structural reality of the unit. The objective of this dissertation is to propose a prediction method, based on RBI, to improve the decision-making process focusing on maintenance of offshore service barges of a large oil and gas company in Brazil. It presents a case study concerning an application of this prediction method in one of the offshore service barges of this company – Offshore Service Barge 3 (BS-3). The results show that the adoption of preventive inspections can enlarge the TLV (Time Limit of Life) of this type of unit. As a consequence, the potential benefits are: reduction of uncertainties; identification of faults due to structural deterioration; maintenance costs reduction; and, decreasing of time breakdowns concerning barge services.