A armadura de tração de dutos flexíveis é a camada responsável por suportar as cargas axiais destes equipamentos em campo. Com a tendência de aumento das profundidades de exploração e produção de petróleo offshore, principalmente dos campos do pré-sal brasileiro, faz-se necessário o uso de materiais com desempenho superior. Este trabalho buscou avaliar e comparar dois aços de alta resistência mecânica para tal aplicação, um predominantemente perlítico e outro martensítico. Durante a vida em serviço destes componentes, eles sofrem tensões axiais cíclicas associadas ao processo de corrosão, que gera pites como concentradores de tensões. Considerando estes aspectos, os materiais foram avaliados segundo seu comportamento à fadiga sem e com a presença de um pequeno defeito conhecido, que atua como um entalhe e busca simular um pite de corrosão. Além disso, esses materiais foram caracterizados metalúrgica e mecanicamente e sua tenacidade à fratura foi estimada via o método do CTOD. A partir dos dados experimentais, foi quantificada a sensibilidade ao entalhe, guiada essencialmente pelo processo de iniciação de trinca, ao passo que a tenacidade à fratura não foi decisiva. O material martensítico apresentou desempenho superior em fadiga e menor sensibilidade ao entalhe e mostrou-se promissor para a aplicação como arame da armadura de tração. / The tensile armor of flexible pipes is the layer responsible for support axial loads of this equipment in field. With the trend of deep increase in offshore oil exploration and production, mainly in pre-salt fields, the use of materials with high performance becomes necessary. The aim of this dissertation is evaluate and compare two high strength steels for such application, one with perlite and other with martensitic matrix. During service life of these components, they are damaged by cyclic loading associated with corrosion process which promote corrosion pits like stress concentrators. Considering these aspects, the materials were evaluated according their fatigue behavior with and without a small defect that act as a notch and simulates a corrosion pit. In addition, they were characterized metallurgical and mechanically and their fracture toughness was estimated through CTOD test. From experimental data, notch sensitivity was quantified. This was driven by initiation process, and fracture toughness was not decisive. The martensitic material showed higher fatigue performance and lower notch sensitivity and presented itself promising for tensile armor wire application.

A Engenharia Offshore está sempre em evolução, motivada pela busca de novos poços de petróleo, o que acarreta em maiores lâminas dágua e demanda novas tecnologias que tornem o processo viável. Neste contexto, não apenas novos tipos de plataformas são desenvolvidas, mas também novos tipos de tubos flexíveis e cabos umbilicais. A maior dificuldade de gerar esses novos tipos de cabos é determinar a sua viabilidade. Tubos flexíveis e cabos umbilicais são de difícil modelagem, devido à interação entre as camadas, além de difícil concepção, dada a grande variedade de componentes e o grande número de configurações possíveis. O processo de concepção desses cabos é baseado nas funções que os elementos que os compõem têm de cumprir, levando aos tipos de componente que serão utilizados. O processo consiste em definir as funções que o cabo deverá executar e selecionar os elementos que o irão compor. Esse processo deve levar em conta as características estruturais e respeitar restrições definidas no projeto. Com o objetivo de tornar o processo de concepção desses cabos menos laboriosa, propõe-se neste trabalho uma ferramenta computacional do tipo CAD (do inglês Computer Aided Design), bem como um modelo de mecânica interna para tratar da interação entre as camadas. A ferramenta CAD aqui proposta difere das demais por facilitar em muito a definição do cabo e de suas funções. Ela inclui ainda ferramentas de verificação da configuração final através de um modelo 3D. Ela permite ao usuário criar uma configuração totalmente nova a partir de uma biblioteca de elementos previamente definido. O software ainda oferece a visualização tridimensional, que facilita a verificação de certos erros de projeto intrínsecos a esses tipos de cabo bem como a visualização de resultados advindos do modelo. Outra possibilidade que o CAD traz é a utilização de seus módulos bi e tridimensional como pré e pós processadores de outros modelos, não somente o proposto aqui. Isso aumenta em muito as possibilidades de utilização. Propõe-se um modelo de elementos finitos com elementos feitos sob medida, denominados aqui como macro-elementos. Nessa modelagem, os elementos são descritos com mais detalhes, procurando levar em conta as características dos elementos físicos que pretendem representar, minimizando o número de elementos necessários para descrever o problema como um todo. Com esse tipo de abordagem, pretende-se utilizar todas as potencialidades dos modelos numéricos, como por exemplo o abrandamento de certas hipóteses, com as do modelo analítico, incorporando características do elemento físico no modelo matemático. Nesse trabalho propõe-se elementos cilíndricos para capas e tubos equivalentes, elementos de tendão e elementos de ligação e contato. / The offshore industry is in constant evolution due to the need of reaching new oil fields in increasingly water depths. In this scenario, not only new types of platforms are being designed, but also new types of flexible pipes and new umbilical cable configurations. The greatest difficulty to generate a new concept for a riser is to determine if it is viable or not. Flexible pipes and umbilical cables are complicated to model, due to the interactions between their layers, and to design, due to the great variety of components and possible arrangements. The design of those elements is based on the functions they are intended to perform, leading to the elements that will be selected. The process consists on defining the cable features and selecting the elements that will compose it. The process should take into account the desired structural characteristics and must respect constraints defined in the project. Aiming to turn the conception of these cables into a less laborious process, this work proposes Computer Aided Design (CAD) software, as well an internal mechanic model to deal with the layer interaction. The CAD tool proposed in this work differs from the others by making the cable definition and functions easier. It also includes tools for verification of the cable using a 3D model. It makes possible to the user to create a totally new configuration based on a predefined component library. The software also has a tri-dimensional visualization module, which makes the verification of certain errors attached to the project of such cables, as well enables the visualization of results from the model. Another possibility that the CAD offers is the use of the two and three-dimensional modules as pre- and post processors for other models, not only the one proposed here. This greatly increases its usage possibilities. It is also proposed a finite element model with custom-made elements, called here macro-elements. In this modeling, the elements are described with more details, taking into account the characteristics of the targeted physical elements, minimizing the number of the necessary elements to describe the problem as a whole. With this kind of approach, one intends to utilize all the potentialities from both numerical models, such as the relaxation of certain hypothesis, and analytical models, bundling into the mathematical model the physical characteristics of the element. It is proposed in this work cylindrical elements for sheaths and equivalent tubes, tendon elements and contact and connection elements.

Os projetos de redes hidráulicas dimensionam a capacidade de vazão e pressão para atender a uma demanda e prever a resistência necessária para garantir a estabilidade da instalação. Os esforços solicitantes não deverão ultrapassar as resistências estruturais, mantendo-se um coeficiente de segurança que garanta a estabilidade, mesmo nos casos de falhas operacionais. Deve-se proceder à simulação hidráulica tanto para o regime permanente quanto para o regime transitório. Na fase operacional haverão situações transitórias ocasionadas por manobras intencionais ou falhas não previstas que provocarão mudanças do regime permanente para o regime transitório, cuja variação de carga é diretamente proporcional à velocidade de propagação da onda ou celeridade e, dependendo da intensidade do transitório hidráulico, haverá a necessidade de instalar dispositivos de proteção de redes. A concepção dos dispositivos de proteção baseia-se na dissipação do fenômeno transitório por meios de descargas, amortecimento em câmaras de ar comprimido e por reservatórios intermediários que absorvem e suprem os picos de pressão e vazão no início da perturbação, de tal forma que a onda de pressão seja controlada. A celeridade, por sua vez, é função das características do meio fluido, do material da tubulação e da geometria. Ao provocar uma mudança na compressibilidade do meio fluido, tem-se redução no coeficiente de compressibilidade volumétrico da mistura fluida que vai ocasionar uma redução na velocidade de propagação da onda ou celeridade, amortecendo o impacto da variação de carga para níveis que possam ser absorvidos pela instalação. Esta dissertação aborda um dispositivo de redução da velocidade de propagação ou celeridade que pode ser usado como proteção de redes hidráulicas ou atenuador de celeridade, que junto com outros dispositivos e associados em série, distribuídos ao longo da tubulação, podem absorver os excessos de pressão e vazão gerados pelos transitórios e manter os esforços solicitantes inferiores à resistência oferecida pela instalação. / The projects of hydraulic networks define the capacity of outflow and pressure to meet a demand and to achieve the necessary resistance to guarantee the installation stability. The applied loading must not exceed structural resistance, there remaining a safety coefficient which guarantees the stability even in case of operational failure. The hydraulic simulation must be performed both for permanent and transitory regime. In the operational phase, there will be transitory situations caused by intentional maneuvers or unpredicted failures which will cause changes from permanent to transitory regime, with changes in load directly proportional to the propagation speed of the wave or celerity and, depending on the intensity of the hydraulic transient, it will be necessary to provide devices for the network protection. The conception of protection devices is based on the transient phenomena dissipation by means of discharges, shock absorption in air compressed chambers and though intermediate reservoirs, which absorb and supply the outflow and pressure peaks in the beginning of the disturbance. This dissertation approaches a device so that the pressure wave is controlled. The celerity, in its turn, is a function of the fluid characteristics, the network material and geometry. Provoking a change in the mean fluid compressibility there is a reduction in the volumetric compressibility coefficient and also in the specific mass of the mixture, which will cause a reduction in the speed of propagation of the wave or celerity, cushioning the impact of the pressure head variation to a level that can be absorbed by the installation. Therefore, the reduction in the speed of propagation or celerity canbe used is as a protection device for hydraulic nets, or celerity attenuation, which together with other devices, associated in series and distributed along the duct may absorb the excess of pressure and outflow generated by the transitory and keep the applied loading inferior to the resistance supplied by the installation.

Tubos flexíveis são amplamente utilizados na indústria offshore. Essas estruturas são empregadas no transporte de fluidos, na exploração de petróleo em águas profundas. Suas diversas camadas conferem propriedades, como a resistência mecânica e a impermeabilidade, que são importantes em ambientes de condições adversas. A instalação é uma etapa crítica da vida útil dos tubos flexíveis, visto que os carregamentos de lançamento podem danificar a estrutura dos mesmos. As cargas predominantes durante essa etapa são o peso próprio da linha, os esforços de compressão radial que são impostos ao tubo pelas sapatas dos tensionadores e a pressão de estrangulamento aplicada ao tubo pelas armaduras de tração. A magnitude dessas cargas está diretamente associada à profundidade de lançamento. O presente trabalho tem como objetivo a análise qualitativa dos principais parâmetros responsáveis pela falha dos tubos flexíveis quando submetidos aos carregamentos de lançamento. O comportamento do tubo é investigado em função da variação das cargas de esmagamento (crushing) e de estrangulamento (squeezing) com a profundidade de lançamento da linha. Esse estudo é conduzido através da proposição de modelos numéricos baseados no método dos Elementos Finitos. Aspectos importantes de modelagem como a representação do perfil real das camadas metálicas e das sapatas e a avaliação dos contatos entre as camadas são considerados nos modelos propostos. Os parâmetros de investigação são: a quantidade de sapatas e seu ângulo de abertura; a adição da capa polimérica externa e o estudo de seu contato com as sapatas; a rigidez das sapatas; e a profundidade de falha do tubo com atuação simultânea dos carregamentos de esmagamento e estrangulamento. A avaliação da influência desses parâmetros na falha do tubo flexível durante o lançamento é o escopo deste trabalho. Essa análise ainda proporcionou a determinação das regiões de escoamento das camadas metálicas considerando cada uma das variáveis avaliadas. Através deste trabalho, foi possível perceber que todos os parâmetros investigados têm influência na falha do tubo flexível. Alguns, no entanto, como o tipo de contato entre a camada polimérica externa e as sapatas, e a atuação do carregamento de estrangulamento no tubo não atuam de maneira significativa na falha. Assim, foi eleita uma configuração de lançamento a favor da segurança para o tubo investigado com base nos parâmetros estudados. / Flexible pipes are widely used in the offshore industry. These structures are employed in the transportation of fluids in deep-water oil exploitation. Its several layers provide different properties as mechanical strength and tightness that are important for operation in harsh environment condition. The installation procedure is critical in the life cycle of flexible pipes since the installation loads can damage the pipe structure. The prevailing loads during this step are the pipe weight, radial compressive forces applied to the pipe by the shoes of the tensioners, and the squeezing loads applied to the pipe by the tensile armors. The extent of these loads is directly linked with the launching depth. The main goal of this dissertation is the qualitative analysis of the main parameters that leads the pipe to failure by the installation loads. The behavior of the pipe is investigated considering the change in crushing and squeezing loads with the launching depth. This analysis is done through numerical models based on the Finite Element Method. Important modeling assumptions such as the representation of the actual profile of the layers and shoes and contact-pair between the layers are features taken in account into the models presented. The parameters investigated are: the number of shoes and their opening angle; the addition of the external polymeric sheath, and the study of their contact with the shoes; the stiffness of the shoes; and the depth by which the failure of the tube occurs when the crushing and squeezing loads are applied. The scope of this work is the evaluation of these parameters in the tube failure during installation. This analysis also provided to determine the regions of layers yielding considering one of the variables. Through this work, it was noticed that all parameters investigated contribute to the tube failure. However, some of them such as the contact between the external polymeric sheath and shoes, and the squeezing load do affect significantly to failure. Therefore, a launching configuration was chosen respecting the safety of the pipe, and based on the parameters investigated.

A armadura de tração de dutos flexíveis é a camada responsável por suportar as cargas axiais destes equipamentos em campo. Com a tendência de aumento das profundidades de exploração e produção de petróleo offshore, principalmente dos campos do pré-sal brasileiro, faz-se necessário o uso de materiais com desempenho superior. Este trabalho buscou avaliar e comparar dois aços de alta resistência mecânica para tal aplicação, um predominantemente perlítico e outro martensítico. Durante a vida em serviço destes componentes, eles sofrem tensões axiais cíclicas associadas ao processo de corrosão, que gera pites como concentradores de tensões. Considerando estes aspectos, os materiais foram avaliados segundo seu comportamento à fadiga sem e com a presença de um pequeno defeito conhecido, que atua como um entalhe e busca simular um pite de corrosão. Além disso, esses materiais foram caracterizados metalúrgica e mecanicamente e sua tenacidade à fratura foi estimada via o método do CTOD. A partir dos dados experimentais, foi quantificada a sensibilidade ao entalhe, guiada essencialmente pelo processo de iniciação de trinca, ao passo que a tenacidade à fratura não foi decisiva. O material martensítico apresentou desempenho superior em fadiga e menor sensibilidade ao entalhe e mostrou-se promissor para a aplicação como arame da armadura de tração. / The tensile armor of flexible pipes is the layer responsible for support axial loads of this equipment in field. With the trend of deep increase in offshore oil exploration and production, mainly in pre-salt fields, the use of materials with high performance becomes necessary. The aim of this dissertation is evaluate and compare two high strength steels for such application, one with perlite and other with martensitic matrix. During service life of these components, they are damaged by cyclic loading associated with corrosion process which promote corrosion pits like stress concentrators. Considering these aspects, the materials were evaluated according their fatigue behavior with and without a small defect that act as a notch and simulates a corrosion pit. In addition, they were characterized metallurgical and mechanically and their fracture toughness was estimated through CTOD test. From experimental data, notch sensitivity was quantified. This was driven by initiation process, and fracture toughness was not decisive. The martensitic material showed higher fatigue performance and lower notch sensitivity and presented itself promising for tensile armor wire application.

Nessa tese de doutorado busquei apresentar relações e encontros ocorridos entre uma enfermeira, que trabalha com espiritualidade e cachimbo, num Centro Espiritual, com comunidades indígenas entre a etnia Guarani e curandeiros de Puebla no México. Apresentando essas relações trouxe temas da Espiritualidade, sua importância nos momentos atuais tanto na Educação como na Saúde. Dentro da Espiritualidade, uma abordagem sobre a Nova Era e o Neo-xamanismo, a partir de diversos autores e pesquisadores dessas linhas. Também, dentro da linha da Nova Era, apresento algumas tradições xamânicas e rituais utilizados com Plantas Sagradas, ou Plantas Enteógenas. Entre os trabalhos antropológicos com indígenas, apresento uma visão atual das dificuldades encontradas com a falta de terras, dificuldade nas políticas públicas em relação aos povos indígenas. Apresento alguns trabalhos junto aos Guarani, aprofundando o tema Xamanismo, mas na perspectiva das mulheres xamã, das Kunha Karaí, que usam o cachimbo (petÿguá) para o trabalho de cura. A pesquisa foi feita a partir de um trabalho etnográfico, desenvolvido em algumas aldeias Guarani do estado do RS e um contato no México com algumas curandeiras de Puebla. Com o povo Guarani a abordagem etnográfica aprofundou o tema da educação a partir da Palavra e do Conselho, que são fundamentais para a construção da pessoa Guarani. / In this doctorate thesis, I sought to present the relations and meetings occurred between a nurse, which works with spirituality and pipe in an Spiritual Center, with indigenous communities including the Guarani ethnicity and healers from Puebla, in Mexico. By presenting these relations, subjects related to Spirituality arises, together with its current importance in Education and Health. Within Spirituality, we present an approach about New Age and Neoshamanism, from many authors and researches of these subjects. Additionally, within the New Age subject, I present some of the shamanic traditions and rituals using Sacred Plants or Entheogenic Plants. Considering the anthropologic work made with indigenous, I present a current view of the challenges found by landlessness, difficulties in public policies in relation to indigenous people. I also present some work about the Guarani people, deepening the Shamanism subject in the shamanic women perspective, the Kunha Karaí, which use the pipe (petÿguá) for the spiritual healing work. This research was made from a ethnographic work, developed in some Guarani villages in the state of Rio Grande do Sul and a contact in Mexico with some healers of Puebla. With the Guarani people the ethnographic approach deepened the education subject from the Word and the Council, which are fundamental to the construction of the Guarani person.

O presente trabalho avalia a evolução das microestruturas e das propriedades mecânicas em tubos API 5L X65 soldados por fricção com auxílio de um anel centralizador na posição de topo. A soldagem foi realizada em tubos de 114,3 mm (4,5’’) de diâmetro nominal e 8 mm de espessura. A avaliação mecânica foi realizada segundo normas ASTM para os ensaios de tração, dobramento de raiz, dobramento de face, ensaio de impacto Charpy V e perfis de microdurezas. Os ensaios de fadiga foram realizados para análise da vida em fadiga das juntas soldadas. Os ensaios mecânicos realizados comprovam que houve a união metalúrgica dos materiais, sendo registradas regiões com defeitos de falta de adesão o que prejudicou as propriedades mecânicas ocasionando rupturas com baixa ductilidade nas interfaces de soldagem nestes locais. Nos resultados dos ensaios de microdurezas houve um pequeno aumento das microdurezas registradas próximo às interfaces de soldagem e uma redução nas microdurezas registradas nas regiões de ZACs. Os resultados do ensaio de impacto Charpy -20 °C foi aceitável segundo a norma API 5L. As microestruturas formadas nas interfaces de soldagem são compostas por ferrita de Widmanstätten e ferrita poligonal com crescimento de grão quando comparado com o tamanho de grão do material de base. Nas regiões de ZACs houve um reordenamento de carbonetos aliado a refino de grão sendo registrada uma redução nas microdurezas destas regiões. / This paper assesses the evolution of microstructures and mechanical properties in pipes API 5L X65 welded by friction with the aid of centering ring on top position. The welding was performed in tubes of 114.3 mm (4.5'') nominal diameter and 8 mm in thickness. The mechanical evaluation was performed according to ASTM standards for tensile, root bending, face folding, Charpy V impact test and microhardness profile. Fatigue tests were performed to analyze the fatigue life of the welded joints. The mechanical tests prove that there was a metallurgical union of the materials, regions with lack of adhesion defects being recorded which affected the mechanical properties causing fractures with low ductility in the weld interfaces in these places. Microhardness test results registered a small increase in the microhardness near the weld interfaces and a reduction in the microhardness recorded in the HAZ regions. The results of the Charpy impact test at -20°C was acceptable according to API 5L. The microstructures formed at the weld interfaces are composed of Widmanstatten ferrite and polygonal ferrite with grain growth when compared to the grain size in the base material. In HAZ regions there was a reorganization of carbides combined with grain refinement, with a reduction in microhardness of these regions being registered.

Orientador: Sandra Lucia da Cruz / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-08T04:57:11Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Sousa_ElisangelaOrlandide_M.pdf: 2598884 bytes, checksum: 7421959dcef02a5096290563b5f4500e (MD5) Previous issue date: 2007 / Resumo: Redes de tubulação são sistemas complexos de dutos utilizados no transporte de fluidos a longas distâncias. Um pequeno vazamento em uma tubulação pode provocar grandes perdas de produtos e sérios danos ao meio ambiente até serem detectados. Com o propósito de prevenir vazamentos em tubulações, várias técnicas são relatadas na literatura. Este trabalho descreve o desenvolvimento e teste de uma técnica de detecção de vazamento de gás em tubulação baseada no método acústico e na análise de transientes de pressão gerados a partir do vazamento. Transientes de pressão e o ruído sonoro gerado pelo vazamento foram detectados e analisados em uma tubulação operando sem e com escoamento contínuo de gás (ar) em várias condições de operação. O trabalho experimental utilizou um vazo de pressão de 34,5 litros e uma tubulação com 60 m de comprimento e ½¿ de diâmetro. A pressão de operação variou de 2 a 7 kgf/cm2. Vazamentos de várias magnitudes foram simulados através de um orifício localizado na tubulação cujo diâmetro variou entre 0,4 mm a 5 mm. O microfone e o transdutor de pressão foram instalados no vaso de pressão ou na tubulação para detectar a ocorrência de vazamento, ambos conectados a um computador PC através de um conversor ADA. O sinal gerado pelo microfone foi amplificado e passou por um banco de filtros passa faixa sendo transformado em três sinais com amplitudes independentes, cada uma com uma faixa de freqüência específica de 1kHz, 5kHz e 9kHz. O programa de aquisição de dados foi escrito em linguagem C para ler e processar os dados. Os resultados experimentais mostraram que é possível detectar vazamentos em tubulações através do método acústico. A análise dos sinais de amplitude para freqüências diferentes mostrou que o ruído sonoro gerado pelo vazamento depende da magnitude do vazamento e da pressão na tubulação. Em todos os experimentos a ocorrência de vazamento foi prontamente detectada pelo microfone enquanto as mudanças nos perfis de transientes de pressão não eram sempre significativas para detectar o vazamento / Abstract: Pipeline networks are complex systems of ducts used in the fluid transportation through long distances. Even small leaks in a pipeline can lead to great losses of product and serious damages to the environment before it could be detected. With the purpose of preventing leakage in pipelines, various techniques have been reported in the literature. This work describes the development and test of a gas leak detection technique in pipelines based on an acoustic method and on the analysis of pressure transients generated by the leak. Pressure transients and the noise generated by leakage have been detected and analysed in a pipeline operating with and without continuous flow of gas (air) under various operation conditions. The experimental setup made use of a 34,5 liters pressure vessel and a 60 m long, ½¿ in diameter pipeline. The operational pressure varied from 2 to 7 kgf/cm². Leakages of various magnitudes were simulated through an orifice located in pipeline whose diameter varied from 0,4 mm to 5,0 mm. A microphone and a pressure transducer were installed either in the pressure vessel or in the pipeline to detect leak occurrence, both being connected to a PC computer through an ADA converter. The signal generated by the microphone was amplified and also passed through a bank of band pass filters being transformed into three signals with independent amplitude, each one with a band of specific frequency of 1 kHz, 5 kHz and 9 kHz. The data acquisition software was written in C language to read and process all data. The experimental results showed that it is possible to detect leaks in pipelines based on acoustic method. The analysis of the signal amplitude for different frequencies showed that the noise signal generated by leakage depend on both leak magnitude and pressure in the pipeline. In all experiments leak occurrence was readily detected by the microphone while the changes in pressure transient profiles were not always significant to detect the leak / Mestrado / Sistemas de Processos Quimicos e Informatica / Mestre em Engenharia Química

Orientador: Luiz Felipe Mendes de Moura / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-14T18:46:51Z (GMT). No. of bitstreams: 1 MartinezGalvis_RodrigoAndres_M.pdf: 4057448 bytes, checksum: 3bb97fcf91e9831006e4abebab3eadfd (MD5) Previous issue date: 2009 / Resumo: Os sistemas de transporte de óleos pesados, que adicionam um líquido de menor viscosidade como água, geram uma mistura que pode escoar em diferentes padrões. Um deles é o escoamento anular ou core-flow, onde a água escoa na região perimetral anular e o óleo na região central, permitindo uma diminuição da potencia utilizada no transporte convencional. Quando são injetados óleo e água torna-se necessário monitorar o comportamento deste processo. Uma solução do problema consiste em utilizar uma sonda não-intrusiva, que utiliza a modificação do campo elétrico devida à diferença entre as permissividades do óleo e da água num capacitor de placas côncavas colocado na superfície externa da tubulação, de maneira que a distribuição das fases modifica a capacitância. Existem diferentes geometrias para os eletrodos, formas de colocar-los na tubulação, separação entre eletrodos, entre outros parâmetros que podem modificar o comportamento do sensor. Testar as diferentes configurações de forma experimental pode resultar árduo. Aproveitando a natureza do fenômeno e as leis físicas que o governam, é possível utilizar ferramentas computacionais e, mediante técnicas numéricas, obter soluções que ajudem a agilizar o processo de desenvolvimento. Pode-se testar um volume razoável de configurações e obter um mapa do comportamento do sistema, para que na etapa de testes sejam somente utilizados os parâmetros que deram as melhores respostas. As simulações dependem da escolha de diferentes parâmetros e devem fornecer respostas não ambíguas, que possam ser lidas com um sistema eletrônico. Neste trabalho são levadas em conta diferentes situações presentes em escoamentos do tipo core-flow que afetam a medida feita pela sonda, como a variação do diâmetro do fluido que escoa na região central (neste caso é o óleo), a excentricidade que pode apresentar esta região, a mudança de permissividades devida às emulsificações ocasionadas na injeção do óleo na tubulação cheia de água e o efeito volumétrico do capacitor. / Abstract: The heavy oil transport systems, that add a liquid of lower viscosity as water, generate a mixture which can flow with different patterns. One of them is the core-flow, where water flow in the annular region and the oil in the core, allowing a reduction in the power used in the conventional transport. When oil and water are injected it becomes necessary monitoring the behavior of the process. One solution for this problem consists in use a non-intrusive probe, which uses a modification of the electric field due to the difference between the oil and the water permittivities, inside a capacitor of concave plates placed in the external surface of the pipe, thus the distribution of the phases modifies the capacitance. There are different geometries for the electrodes, ways for placing them in the pipe, separation between electrodes, among other parameters, which can modify the sensors behavior. Taking advantage of the nature of the phenomenon and the physical laws that govern it, is possible to use computational tools and, by numerical techniques, to get solutions that help expediting the development process. It can be tested a reasonable volume of configurations and getting a map of the behavior of the system, so that in the stage of testing only will be used the parameters which provided the best answers. The simulations depend on the choice between different parameters and should not provide ambiguous answers, which can be read with an electronic system. In this work are taking into account different situations in draining of the core-flow kind that affect the measurement made by the probe, such as the variation of the diameter of the fluid that flows in the central region (in this case oil), the eccentricity that can show this region, the changes i the permittivity due to the emulsion produced in the oil injection in to the tubing full of water and the volumetric effect of the capacitor. / Mestrado / Termica e Fluidos / Mestre em Engenharia Mecânica

A presente dissertação tem como objetivo principal estudar a propagação acústica em escoamentos monofásicos. Para tal, são analisados sinais transientes de pressão fornecidos por sensores instalados em posições conhecidas na linha de teste, através do estudo de técnicas de análise de sinais, a fim de investigar se as variações do conteúdo espectral dos sinais são influenciadas pela ocorrência de vazamentos no duto. A análise dos sinais foi realizada nos planos temporal, frequencial, tempo-frequência e estatístico. Os resultados experimentais foram obtidos no oleoduto piloto do NETeF - Núcleo de Engenharia Térmica e Fluidos da USP - Universidade de São Paulo, com uma seção de testes com 1500 metros e diâmetro de 51,2 mm, com escoamento monofásico de água. Os resultados obtidos através da análise tempo-frequência mostraram-se satisfatórios, sendo esta técnica capaz de identificar a composição espectral instantânea de um sinal, ou seja, foi eficiente na identificação de picos de amplitude da frequência ao longo do eixo temporal. Além disso, a análise probabilística, através do desvio-padrão do sinal também mostrou-se eficiente exibindo uma disparidade significativa entre os sinais com e sem vazamento. / The present dissertation reports on the study of the acoustic propagation in single-phase flow. It analyzes the transient signals provided by pressure sensors in known locations in the test line through the study of signal analysis techniques to investigate if the variations in spectral content of the signals are influenced by the occurrence of leaks in the pipe. The analysis of signals was performed in the time, frequency, time-frequency and statistical plans. The experimental results were obtained in a 1500 meter-long and 51.2 millimeter-diameter pilot pipeline at the Center of Thermal Engineering and Fluids, with single-phase flow of water. The results obtained by time-frequency analysis were satisfactory, allowing identifying the spectral composition of an instantaneous signal, i.e., the analysis was effective in identifying the frequency amplitude peaks along the time axis. Moreover, probabilistic analysis using the standard deviation of the signal was also efficient, displaying a significant disparity between the signals with and without leakage.