Made available in DSpace on 2014-12-17T15:41:49Z (GMT). No. of bitstreams: 1 ErileideCR_DISSERT.pdf: 2520187 bytes, checksum: cbaac2eaf2812c34709374f87564cb10 (MD5) Previous issue date: 2010-07-12 / Coordena??o de Aperfei?oamento de Pessoal de N?vel Superior / Corrosion is an important phenomenon that frequently occurs in the oil industry, causing surface ablation, such as it happens on the internal surfaces of oil pipes. This work aims to obtain new systems to reduce this specific problem. The surfactants SDS, CTAB, and UNITOL L90 (in micellar and microemulsionated systems) were used as corrosion inhibitors. The systems were obtained using a C/S ratio of 2, butanol as cosorfactant, kerosene as oil phase and, as water phase, NaCl solutions of 0.5M with pH = 2, 4, and 7. Microemulsion regions were found both for direct and inverse micelles. SDS had the higher microemulsion region and the area was not dependent of pH. The study of micellization of these surfactans in the liquid-gas interface was carried out via the determination of CMC from surface tension measurements. Regarding microemulsionated systems, in the case of CTAB, CMC increased when pH was increased, being constant for SDS and UNITOL L90. Concerning micellar systems, increase in pH caused decrease and increase in CMC for SDC and CTAB, respectively. In the case of UNITOL L90, CMC was practically constant, but increased for pH = 4. The microemulsionated systems presented higher CMC values, except for UNITOL L90 L90. The negative values of free energy of micellization indicated that the process of adsorption was spontaneous. The results also indicated that, comparing microemulsionated to systems, adsorption was less spontaneous in the case of SDS and CTAB, while it did not change for UNITOL L90. SAXS experiments indicated that micelle geometry was spherical, existing also as halter and flat micelles, resuting in a better inght on the adsorption at the liquid-solid interface. Efficiency of corrosion inhibition as determined by electrochemical measurements, from corrosion currents calculated from Tafel extrapolation indicuting heat showed surfactants to be efficient even at low concentrations. Equilibrium isotherm data were fitted to the Freundlich model, indicating that surfactant adsorption occurs in the form of multilayers / A corros?o ? um fen?meno presente em diversos seguimentos da ind?stria do petr?leo, causando desgastes em superf?cies de equipamentos met?licas, como exemplo a corros?o interna nos oleodutos. Este trabalho visa obter novos sistemas qu?micos para diminuir tal problema. Os tensoativos utilizados como inibidores de corros?o foram o SDS, CTAB e UNITOL L90 em sistemas micelares e microemulsionados. Para obten??o dos sistemas microemulsionados utilizou-se uma raz?o C/T=2, butanol como cotensoativo, querosene como fase ?leo e como fase aquosa utilizou-se solu??es de NaCl 0,5M nos pH s 2, 4 e 7. As regi?es de microemuls?o encontradas para os tr?s tensoativos s?o formadas por micelas diretas e inversas. A ?rea se mant?m constante com a varia??o do pH, o SDS tem maior regi?o de microemuls?o. O estudo da miceliza??o destes tensoativos na interface l?quido-g?s foi realizado a partir de medidas de tens?o superficial obtendo os valores de c.m.c, os quais foram particamente constantes para os sistemas microemulsionados com os tensoativos SDS e UNITOL L90 L90, e aumentaram para o CTAB quando elevou-se o pH. Os valores de c.m.c para os sistemas micelares com os tensoativos SDS e CTAB diminu?ram e aumentaram, respectivamente, quando aumentou-se o pH. J? o UNITOL L90 apresentou valores praticamente constantes, por?m foi maior em pH 4. Os sistemas microemulsionados apresentaram valores de c.m.c maiores, exceto para o tensoativo UNITOL L90. Os valores negativos de energia livre de miceliza??o indicaram que o porcesso de adsor??o ? espont?neo. Os resultados mostraram que os sistemas microemulsionados para os tensoativos SDS e CTAB foram menos espont?neos comparados ao sistema micelar, enquanto o UNITOL L90 apresentou valores praticamente constantes. Experimentos com SAXS mostraram que as geometrias das micelas foram esf?ricas, existindo ainda na forma de halteres ou de micelas achatadas, o que facilitou a compreens?o do estudo de adsor??o na interface l?quido-s?lido. As efici?ncias de inibi??o ? corros?o foram determinadas mediante medidas eletroqu?micas, a partir das correntes de corros?o encontradas atrav?s da extrapola??o de Tafel. Os tensoativos estudados se mostraram eficientes mesmo em baixas concentra??es. Os dados experimentais de ajustaram ao modelo da isoterma de Freundlich, indicando que a adsor??o dos tensoativos ocorre em multicamadas

[pt] A termografia infravermelha tem sido usada como uma técnica de avaliação não destrutiva para detectar falhas nos componentes estruturais, desempenhando um papel importante nos programas de inspeção de fabricação, inspeção em serviço e manutenção. Um programa de investigação foi lançado com o objetivo de apresentar combinações de métodos analíticos, experimentais e numéricos para prever e monitorar o início da fadiga e a progressão dos danos à fadiga em equipamentos como vasos de pressão, tanques, tubulações e dutos com mossas ou anomalias complexas. O monitoramento do início e propagação da fadiga nas amostras reais utilizou técnicas de inspeção por infravermelho não destrutivo. Análise termoelástica de tensão (TSA), correlação tridimensional de imagem digital (3D-DIC) e strain gages de fibra óptica Bragg (FBSG) foram utilizados para determinar deformações em locais de fadiga em pontos críticos. Os campos de deformação determinados a partir das medições experimentais e do método de elementos finitos (MEF) foram combinados com a equação de vida-de-fadiga de Coffin-Manson e a regra de dano por fadiga de Miner para prever a vida de fadiga (N). Os resultados das amostras tubulares testadas de 3 m de comprimento contendo mossas de formato complexo foram relatados e analisados completamente. Este trabalho confirmou que os métodos infravermelhos de avaliação rápida de fadiga são ferramentas práticas e eficientes que podem fornecer resultados confiáveis, não destrutivos e rápidos acerca do comportamento à fadiga dos materiais. Uma boa concordância entre as estimativas de vida em fadiga e a vida real de mossas com geometria complexas em dutos só pode ser atingida se medições precisas ou determinações numéricas das deformações circunferenciais que atuam nos pontos de interesse forem acopladas a curvas de fadiga deformação-vida adequadas. Acoplando uma técnica experimental para determinar com precisão a geometria das mossas com uma técnica de análise numérica de deformações fará com que sejam obtidas boas estimativas de deformação das posições críticas que serão combinadas com as curvas de fadiga baseadas na relação deformação-vida. As presentes conclusões podem ser aplicadas a outras estruturas que podem apresentar mossas, como tanques e vasos de pressão. / [en] Infrared thermography has been used as a nondestructive evaluation (NDE) technique to detect flaws in structural components, playing an important role in manufacturing inspection, in-service inspection and maintenance programs. An investigation program was launched with the objective of presenting combinations of analytical, experimental and numerical methods to predict and monitor fatigue initiation and fatigue damage progression in equipment such as pressure vessels, tanks, piping and pipelines with dents or complex-shaped anomalies. The monitoring of fatigue initiation and propagation in the actual specimens used nondestructive inspection techniques such as thermoelastic stress analysis (TSA), three-dimensional digital image correlation (3D-DIC) and fiber optic Bragg strain gages (FBSG) to determine strains at fatigue hot spots locations. Strain fields determined from the experimental measurements and from the finite element method (FEM) were combined with the fatigue Coffin-Manson strain-life equation and the Miner s fatigue damage rule to predict fatigue life (N). Results from tested 3m long tubular (with nominal dimensions: 324mm external diameter and 6.35mm wall thickness) specimens containing complex-shaped dents were reported and fully analyzed. This work confirmed that infrared rapid fatigue assessment methods are practical and efficient tools that can provide a reliable, non-destructive and faster results about the fatigue behavior of materials. Good agreement among fatigue life estimations and actual fatigue lives of complex dent shapes in pipeline specimens can only be achieved if accurate measurements or numerical eterminations of the circumferential strains actuating at the dent hot-spots were coupled with suitable fatigue strain-life curves. Coupling an experimental technique for accurately determining dent shapes to a numerical strain analysis technique will lead to good hot-spot strain estimations to be combined with the strain-life fatigue curves. The present conclusions can be applied to other structures that may present dents such as tanks and pressure vessels.

Atualmente existem diferentes definições para o conceito de fragilidade ambiental, o que dificulta sua aplicação e a comparação entre os resultados de diferentes métodos. Este trabalho realiza uma revisão bibliográfica sistemática a cerca desse conceito e adota a definição considerada mais adequada. Com base na definição adotada foi proposto e aplicado um método para avaliar a fragilidade ambiental de uma área de estudo. Esse método utiliza pesos para ponderar os diferentes atributos (meio físico, biótico e socioeconômico) envolvidos na análise de fragilidade ambiental, que são definidos com a aplicação do Processo de Análise Hierárquica (AHP). O método proposto também se fundamenta na utilização de um programa de Sistema de Informação Geográfica (SIG) para a estruturação da base de dados, a realização das análises espaciais e a ponderação dos mapas necessários. A área de estudo corresponde a um setor do oleoduto São Paulo – Brasília (OSBRA), com extensão de 18,5 km e largura de 2 km (área total de 83,99 km²) e utilizou-se uma base cartográfica digital na escala 1:10.000. Foram realizadas vistorias de campo para levantar pontos de observação de superfície e para coletar amostras de solo. Realizaram-se ensaios geotécnicos, químicos e mineralógicos com as amostras coletadas. A aplicação do método consistiu na geração de mapas de suscetibilidade intermediários, que combinados geraram o mapa de fragilidade ambiental. Foi importante a utilização do método AHP, pois ele reduz a subjetividade das ponderações qualitativas realizadas. Os resultados obtidos esclarecem a definição do conceito de fragilidade ambiental, além de mostrar a importância da seleção e ponderação dos atributos utilizados no método. O mapa final gerado também permitiu avaliar a sensibilidade do método e seu potencial de aplicação prática. / Currently there are different definitions to the concept of environmental fragility; it complicates its application and makes difficult to compare between different methods. This work addresses the main definitions to this concept and adopts the one considered the most proper. Based in the adopted definition it was proposed a method to evaluate the environmental fragility of a study area. This method applies weights to the different attributes (physical, biotic and socioeconomic) related to the environmental fragility analysis, which are assigned using the Analytic Hierarchy Process (AHP). The method also uses Geographic Information System (GIS) software to structure the database, to conduct the spatial analysis and to assign weights to the maps. The study area is a sector of the São Paulo – Brasília oil pipeline (OSBRA), covering 18.5 km length and 2 km wide (total area of 83,99 km²) and it was used a digital cartographic map at the scale of 1:10,000. Field trips were made to obtain surface observation points and to collect soil samples. Geological and geotechnical tests, mineralogical tests and chemistry analysis were conducted with the soil samples. The method application consists in generating intermediates susceptibility maps, that were combined to generate the environmental fragility map. It was important to use the AHP method, because it reduces the subjectivity of the qualitative weight assignment. The obtained results elucidate the environmental fragility concept and show the importance of the selection and weight assignment of the attributes used in the method. Moreover, the final map provided to evaluate the method sensitivity and its potential of practical application.

Atualmente existem diferentes definições para o conceito de fragilidade ambiental, o que dificulta sua aplicação e a comparação entre os resultados de diferentes métodos. Este trabalho realiza uma revisão bibliográfica sistemática a cerca desse conceito e adota a definição considerada mais adequada. Com base na definição adotada foi proposto e aplicado um método para avaliar a fragilidade ambiental de uma área de estudo. Esse método utiliza pesos para ponderar os diferentes atributos (meio físico, biótico e socioeconômico) envolvidos na análise de fragilidade ambiental, que são definidos com a aplicação do Processo de Análise Hierárquica (AHP). O método proposto também se fundamenta na utilização de um programa de Sistema de Informação Geográfica (SIG) para a estruturação da base de dados, a realização das análises espaciais e a ponderação dos mapas necessários. A área de estudo corresponde a um setor do oleoduto São Paulo – Brasília (OSBRA), com extensão de 18,5 km e largura de 2 km (área total de 83,99 km²) e utilizou-se uma base cartográfica digital na escala 1:10.000. Foram realizadas vistorias de campo para levantar pontos de observação de superfície e para coletar amostras de solo. Realizaram-se ensaios geotécnicos, químicos e mineralógicos com as amostras coletadas. A aplicação do método consistiu na geração de mapas de suscetibilidade intermediários, que combinados geraram o mapa de fragilidade ambiental. Foi importante a utilização do método AHP, pois ele reduz a subjetividade das ponderações qualitativas realizadas. Os resultados obtidos esclarecem a definição do conceito de fragilidade ambiental, além de mostrar a importância da seleção e ponderação dos atributos utilizados no método. O mapa final gerado também permitiu avaliar a sensibilidade do método e seu potencial de aplicação prática. / Currently there are different definitions to the concept of environmental fragility; it complicates its application and makes difficult to compare between different methods. This work addresses the main definitions to this concept and adopts the one considered the most proper. Based in the adopted definition it was proposed a method to evaluate the environmental fragility of a study area. This method applies weights to the different attributes (physical, biotic and socioeconomic) related to the environmental fragility analysis, which are assigned using the Analytic Hierarchy Process (AHP). The method also uses Geographic Information System (GIS) software to structure the database, to conduct the spatial analysis and to assign weights to the maps. The study area is a sector of the São Paulo – Brasília oil pipeline (OSBRA), covering 18.5 km length and 2 km wide (total area of 83,99 km²) and it was used a digital cartographic map at the scale of 1:10,000. Field trips were made to obtain surface observation points and to collect soil samples. Geological and geotechnical tests, mineralogical tests and chemistry analysis were conducted with the soil samples. The method application consists in generating intermediates susceptibility maps, that were combined to generate the environmental fragility map. It was important to use the AHP method, because it reduces the subjectivity of the qualitative weight assignment. The obtained results elucidate the environmental fragility concept and show the importance of the selection and weight assignment of the attributes used in the method. Moreover, the final map provided to evaluate the method sensitivity and its potential of practical application.

[pt] A avaliação não destrutiva ultrassônica é de extrema importância na indústria de óleo e gás, principalmente para ativos e estruturas sujeitos a condições que aceleram os mecanismos de falha. Apesar de amplamente difundidos, os métodos ultrassônicos não destrutivos dependem de uma força de trabalho especializada, sendo, portanto, suscetíveis a erros e demorados. Nesse contexto, métodos de reconhecimento de padrões, como o aprendizado de máquina, se encaixam convenientemente para solucionar os desafios da tarefa. Assim, este trabalho tem como objetivo a aplicação de técnicas de inteligência artificial para abordar a interpretação de dados adquiridos por meio de avaliação não destrutiva ultrassônica no contexto da indústria de óleo e gás. Para tanto, esta dissertação envolve três estudos de caso. Primeiramente, sinais de ondas guiadas ultrassônicas são usados para classificar os defeitos presentes em juntas soldadas de compósito termoplástico. Os resultados mostraram que, ao usar atributos extraídos com modelos autoregressivos, a acurácia do modelo de aprendizado de máquina melhora em pelo menos 72,5 por cento. Em segundo lugar, dados ultrassônicos em formato de imagens são usados para construir um sistema de diagnóstico de solda automático. A estrutura proposta resultou em um modelo computacionalmente eficiente, capaz de realizar classificações com acurácia superior à 99 por cento. Por fim, dados obtidos por simulação numérica foram usados para criar um modelo de aprendizado profundo visando estimar a severidade de defeitos semelhantes à corrosão em dutos. Resultados de R2 superiores a 0,99 foram alcançados. / [en] Ultrasonic non-destructive evaluation is of extreme importance in the oil and gas industry, especially for assets and structures subjected to conditions that accelerate failure mechanisms. Despite being widely spread, ultrasonic non-destructive methods depend on a specialized workforce, thus being errorprone and time-consuming. In this context, pattern recognition methods, like machine learning, fit conveniently to solve the challenges of the task. Hence, this work aims at applying artificial intelligence techniques to address the interpretation of data acquired through ultrasonic non-destructive evaluation in the context of the oil and gas industry. For that purpose, this dissertation involves three case studies. Firstly, ultrasonic guided wave signals are used to classify defects present in welded thermoplastic composite joints. Results have shown that, when using features extracted with autoregressive models, the accuracy of the machine learning model improves by at least 72.5 percent. Secondly, ultrasonic image data is used to construct an automatic weld diagnostic system. The proposed framework resulted in a lightweight model capable of performing classification with over 99 percent accuracy. Finally, simulation data was used to create a deep learning model for estimating the severity of corrosion-like defects in pipelines. R2 results superior to 0.99 were achieved.