[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.