With over 830,000 km of operating pipeline in Canada alone, their safe and continued functioning underpins much of daily life. A key type of risk associated with pipelines is third-party damage, damage caused by actions not associated with the pipelines normal operation. The question of whether the pressurized structure like pipeline or pressure vessel would undergo “unzipping” due to the third-party impact is crucial for the safety of pipelines or pressure vessels in service needs to be answered. Thus, we endeavour to develop a methodology for assessment of design solutions effectiveness to prevent a pipeline or pressure vessel failure in an abrupt explosion-like fashion due to third-party damage. Model of crack propagation determining whether the “unzipping” rupture will occur is viewed as a key element in the safety-driven design procedure providing significant effect on the safety of operation. The crack propagation modeling is achieved through the use of nonlinear fracture mechanics technique. The method of singular integral equations is used to calculate the critical stress required for the catastrophic failure of pipeline or pressure vessel damaged due to third-party interference. The model was implemented as a FORTRAN program. Testing of the developed numerical tool was performed using experimental data available in the literature, with the results showing promising agreement. / February 2016

Este trabalho apresenta modelos baseados em PLIM (Programação Linear Inteira Mista) com representação contínua do tempo com o objetivo de realizar o scheduling (programação ou agendamento) no parque de tanques de produtos finais em um órgão do tipo refinaria. O modelo é uma contribuição para uma solução integrada que envolve outros elementos presentes na cadeia de suprimentos (CS) da indústria do petróleo. Deste modo, um ponto relevante na fundamentação teórica deste trabalho é a descrição do sistema integrado de refino. Este sistema pode ser dividido em quatro estágios (subsystems) que envolvem a movimentação de produtos dentro e fora da refinaria. O scheduling de tanques finais é parte de um desses estágios e solucioná-lo contribui para a operacionalização das atividades de transporte de produtos dentro da refinaria envolvendo a produção interna, a demanda local e as movimentações de recebimento e envio por poliduto. Neste trabalho, o scheduling dos eventos de carga e descarga nos tanques finais da refinaria é determinado considerando dados de problemas reais obtidos a partir da solução apresentada por Boschetto (2011). O scheduling determinado por Boschetto (2011) gera os parâmetros do modelo PLIM aqui proposto. Tais parâmetros consistem em informações sobre volumes, tempos e vazões das movimentações que devem ocorrer entre órgãos (refinarias, portos e terminais) da cadeia de suprimentos através da rede de polidutos. Essas informações juntamente com as informações de planejamento da refinaria sobre demanda e produção e ainda com os valores de estoque e capacidade volumétrica dos tanques fornecem os dados necessários para a realização do scheduling de tanques finais. O modelo PLIM aqui proposto busca minimizar o número de movimentações internas no parque de tanques da refinaria respeitando as condições estruturais, operacionais e os valores das movimentações impostas pelo scheduler dos polidutos de Boschetto (2011). Então, com o objetivo de encontrar soluções adequadas em um menor tempo computacional, uma abordagem PLIM combinada com um algoritmo iterativo e com a inserção de restrições de corte é proposta, no que foi chamado de modelo PLIM-AI. Os resultados permitem melhorar o desempenho de tempo computacional do modelo bem como analisar as violações de tempo e capacidade em tanques para cenários mensais. A proposta permitiu encontrar soluções em tempos computacionais relativamente reduzidos, respeitando as condições estruturais e operacionais da refinaria. As soluções obtidas contribuem para as atividades de transferência e estocagem (TE) da refinaria em dois pontos: (i) minimizam o número de movimentações internas, o que contribui para a operacionalização da busca por rotas disponíveis (atividade operacional do programador da refinaria); e (ii) permitem o feedback para o scheduler de polidutos, possibilitando verificar a factibilidade das movimentações que ocorrem na rede de polidutos. / This work presents a Mixed-Integer Linear Programming (MILP) model with continuous time representation to address the tank farm scheduling of finished products in refineries. The model is part of a larger solution process that involves other elements from oil industry supply chain (SC), where strategic, tactical, and operational decisions must be taken. In this context, the standard refinery system can be divided into four subsystems involving the flow of products among refinery internal (tank farm, production units) and external (vessels, pipelines, final costumers, other refineries) entities. The tank farm scheduling is part of one of these subsystems and its solution contributes to the operational activities of the refinery tank farm, enabling the integration that occurs between domestic production, domestic demand, and product transport by pipelines. In this work the scheduling of loading and unloading operations in the tank farm of finished products at each network node (refinery) is determined. Real scenarios are considered, which were obtained from the planning of refineries and external pipeline network scheduling, proposed by Boschetto (2011). The scenarios present volumes and values of stored product inventories, maximum capacity tanks, and start and end times to product movements at the refinery interfaces (production, demand, and pipelines). Thus, the pipeline scheduling determined by Boschetto (2011) is an input parameter to the considered approach. The proposed MILP model searches a scheduling that minimizes the movements within the refinery tank farm in order to respect the imposed operational and structural constraints. Further, for making feasible the scheduling in a smaller computational time, an iterative algorithm is developed and cutting restrictions are inserted in a new model approach, named MILP-IA. The results allow us to analyze the model computational time, the temporal and structural violations, and the number of product movements for each scenario. For the studied cases, we can also check for attending to time and monthly volume constraints to each interface. Finally, the results also indicate that the proposed MILP-IA approach finds solutions in computational times in the order of minutes. The obtained solutions contribute to improve the transfer and storage activities (TS) on two main points: (i) they minimize the number of movements, facilitating the plant operational tasks (searching for routes); and, (ii) they provide feedback to the pipeline scheduling.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / O emprego de materiais compósitos de matriz polimérica como reparo e reforço em estruturas nas indústrias do petróleo tem se tornado uma prática industrial comum. O uso destes reforços compreende desde o recobrimento de superfícies com defeitos, passantes ou não, até o reforço estrutural. Na última década, muitos estudos foram feitos para o desenvolvimento de uma metodologia alternativa para reforço e reparo de dutos com materiais compósitos. Recentemente, em 2006, o sistema ISO de normas técnicas apresentou a primeira especificação técnica de "Reparo em Compósitos para dutos das indústrias de Petróleo, Petroquímica e de Gás Natural Qualificação, projeto, instalação, testes e inspeção" ISO/PDTS 24817. O presente trabalho tem como objetivo o desenvolvimento de um sistema de reparo, utilizando materiais compósitos de matriz polimérica para o reparo e reforço estrutural de dutos e tubulações industriais, em conformidade com a Norma ISO 24817:2006. Foram desenvolvidos procedimentos para a confecção de corpos de prova destinados a ensaios mecânicos, e para aplicação do sistema de reparo. O sistema de reparo é destinado a defeitos tais como perda de espessura, amassamentos e danos transpassantes. Foi construída, em paralelo, toda a infraestrutura para a montagem de um laboratório destinado ao estudo de materiais compósitos, no Laboratório de Adesão e Aderência. São apresentados resultados de parte dos ensaios mecânicos necessários, comparação dos resultados obtidos com modelos teóricos e testes hidrostáticos. / The use of polymer matrix composites to repair and strengthen structures in the oil industry has become a common industry practice. The use of these reinforcements extends from covering surfaces with defects, through wall or not, to structural reinforcement. In the last decade, many studies have been done to develop an alternative approach to the strengthening and repairing of pipelines with composite materials. Recently, in 2006, the ISO system of technical standards presented the document technical support "Petroleum, petrochemical and natural gas industries Composite repairs for pipework Qualification, design, installation, testing and inspection" ISO/PDTS 24817. This study aims to develop a repair system using polymer matrix composite materials for repair and reinforcement of piping and pipelines in accordance with ISO 24817:2006. Procedures where developed for the confection of test specimens for mechanical testing, and application of the repair. The system is intended to repair defects such as thickness loss, gouges, and damage through wall or not. In parallel, an entire infrastructure was built for the conception of a laboratory for the study of composite materials at the Laboratory of Adhesion and Adherence. Here are presented the results of the required mechanical tests, the comparison results with theoretical models, and the hydrostatic testing.

Perante diversas situações da engenharia são utilizadas formulações empíricas de dimensionamento baseadas em dados de campo e experiência profissional que definem muito o caráter subjetivo da metodologia padrão de projeto. O presente trabalho de pesquisa aborda os diversos métodos de obtenção dos esforços gerados em dutos enterrados submetidos a cargas dinâmicas e estáticas e sua posterior reavaliação através de modelagem numérica com o programa Plaxis 3D. Os métodos analíticos não convencionais foram comparados com o método padrão de cálculo sendo que o mesmo demonstrou ter uma boa precisão mesmo sem considerar outros fatores importantes como a parcela de resistência devida à coesão do solo e sua deformabilidade. A modelagem numérica demonstrou o conservadorismo do método de Marston e o subdmensionamento do espraiamento em prisma devido aos efeitos locais ocasionados pela adoção do recobrimento mínimo e sobrecarga dinâmica elevada. Também se observou, através da modelagem 3D, que a utilização dos dois métodos clássicos favorecem a obtenção de resultados dentro da razoabilidade.Verificou-se também, como resultado desta pesquisa, que a proposta de um método clássico modificado permite uma melhor aproximação da carga que atinge o duto. / In various engineering situations, empirical formulations of design, based on field data and professional experience which highly define the subjective nature of the standard design methodology, are used. This paper discusses the various methods of obtaining the stresses generated in buried pipelines, which are subjected to static and dynamic loads, and their subsequent re-evaluation by numerical modeling with Plaxis 3D program. The non-conventional analytical methods were compared with the standard method of calculation and it has demonstrated good accuracy even without considering other factors such as soil cohesion and deformability. The numerical modeling demonstrated the conservatism of the Marston method and subsiding of the prism spread due to local effects caused by the adoption of minimum cover and high dynamic overload and due to how the use of two classical methods favor reasonable results. A classic modified method that would allow a closer approximation of the load was also proposed.

Petrobras / Petróleos parafínicos são complexas misturas de hidrocarbonetos saturados, aromáticos, naftênicos e, em menor quantidade, de componentes que apresentam heteroátomos como resinas e asfaltenos. Em baixas temperaturas, a solubilidade das parafinas em solução diminui e ocorre a precipitação de hidrocarbonetos no petróleo. Devido à cristalização nota-se não apenas o aumento considerável da viscosidade dos petróleos em baixas temperaturas, mas também a deposição de parafina nas paredes internas da tubulação e a gelificação do petróleo nos oleodutos em eventuais paradas da produção. Os trabalhos disponíveis na literatura mostram que os históricos térmico e de cisalhamento influenciam o comportamento mecânico de petróleos parafínicos em baixas temperaturas. No presente trabalho são apresentados resultados da influência da temperatura inicial de resfriamento na temperatura de cristalização, na temperatura de gelificação e na tensão crítica necessária para reiniciar o escoamento de petróleos parafínicos. A temperatura em que o material é submetido antes do resfriamento influencia nas propriedades reológicas do petróleo. A partir da revisão de conceitos de cristalização define-se que para a precipitação do primeiro cristal é necessário a ocorrência de super-resfriamento na solução. Em outras palavras, não é possível que ocorra a cristalização da parafina exatamente na temperatura de equilíbrio sólido-líquido, Teq,SL. É proposta uma metodologia experimental para determinar a temperatura de saturação de óleos parafínicos. A partir de resultados reométricos pode-se notar que a magnitude do superresfriamento influencia a taxa de nucleação e o tamanho final dos cristais precipitados. O tamanho da região metaestável é influenciado pela taxa de resfriamento e pela temperatura inicial do teste. A partir de microscopia de campo claro observa-se que quanto maior o superresfriamento maior o número de cristais formados. Pode-se adiantar que a morfologia e o tamanho dos cristais formados influenciam o comportamento reológico do óleo parafínico em baixas temperaturas. / Waxy crude oil is a complex mixture of hydrocarbons consisting of paraffins, aromatics, naphthenes, asphaltenes and resins. At low temperatures the solubility of high molecular weight components in the oil is decreased and especially the n-paraffins tend to precipitate as crystal structures. These crystals provide a non-Newtonian behavior to the fluid, tend to deposit in the inner surface of pipelines and are responsible for the gelation of the oil when the flow is interrupted. In such cases, the pressure needed to restart the oil flow in subsea pipelines can be much larger than the usual steady-state pressure as the temperature in such environment can be as low as 4 °C. The literature has shown that not only the temperature itself but also the fluid shear and thermal histories have significant influence on the yield stress of waxy crude oils. The current work shows the effect of the initial cooling temperature on the waxy crude oil viscosity, gelation temperature and critical stress. It is showed that the initial cooling temperature affects the mechanical behavior of crude oils at low temperature. It is presented that crystallization is the process where an ordered solid structure is formed from a disordered phase. This process involves two main stages, namely nucleation and crystals growth. As paraffins nucleation is a stochastic process, a supercooling is needed to the onset of this phenomenon. In other words precipitation of crystals could not take place at the solidliquid equilibrium thermodynamic temperature, Teq,SL. Therefore, during the cooling, it is required that the fluid reaches a certain temperature, below the Teq,SL, to initiate the nucleation process. This work proposes an experimental procedure to determine consistently the highest solid-liquid thermodynamic equilibrium temperature. By means of rheometric tests, it is showed that the supercooling affects the nucleation rate and the crystals morphology, and also it is influenced by the cooling rate and the initial cooling temperature. One can conclude that the higher the supercooling the higher the number of crystals and, as consequence, the lower the crystals length. Finally, the crystals morphology and the length affect the mechanical properties of the waxy oil.

CAPES; ANP / Este trabalho apresenta o desenvolvimento de estruturas de otimização para auxílio na tomada de decisão de atividades de planejamento e scheduling em dutos. Dois problemas são estudados: (i) O primeiro sistema envolve um duto que interliga uma refinaria até um parque de tancagem operando o transporte de diversos produtos. Visto que a resolução de todo o problema em um único modelo de otimização tornou-se inviável devido a complexidade computacional, uma abordagem de solução alternativa é proposta para a obtenção do scheduling do duto, utilizando apenas modelos PLIM (Programação Linear Inteira Mista). O primeiro modelo proposto obtém a sequência de envio dos produtos e seus respectivos volumes. Fixando-se essas variáveis, o segundo modelo PLIM, já presente na literatura, é capaz de obter o scheduling final do duto em poucos segundos. Além disso, a qualidade da solução obtida através do sequenciamento PLIM mostrou-se superior ao sequenciamento heurístico previamente apresentado na literatura; (ii) O segundo sistema é composto por uma rede com 30 dutos que interliga diversas áreas incluindo 4 refinarias, 2 terminais portuários, 2 clientes finais e 6 terminais de distribuição que recebem ou enviam diversos produtos derivados de petróleo. A rede em estudo possui características particulares que devem ser tratadas como, por exemplo, restrições locais, pulmão, reversão de fluxo, horossazonalidade e troca de turno dos operadores. Além disso, os dutos são compartilhados por diferentes produtos que utilizam rotas distintas. Dessa forma, paradas de bombeio devem ser avaliadas. Considerando-se que a complexidade da rede de dutos é sensivelmente maior que a realização do scheduling de um único duto, a decomposição desse problema se torna imprescindível. Detalhes do scheduling da rede devem ser obtidos, incluindo sequência de bombeamento em cada nó, volume das bateladas, restrições de tancagem e distribuição no tempo, sempre respeitando uma série de restrições operacionais. Dessa forma, a carga computacional para a determinação de um scheduling de curto prazo (short-term scheduling) com o cenário considerado é relevante. São propostos três modelos PLIM para esse problema: modelo de planejamento, modelo de alocação e sequenciamento e, finalmente, o modelo de temporização. A saída de um modelo PLIM é utilizada como entrada para outras estruturas e/ou modelos PLIM que são utilizados de forma hierárquica para a obtenção da solução desejada. Muitas análises foram realizadas por intermédio das soluções obtidas, que são apresentadas em tempo computacionalmente reduzido para cenários da indústria petrolífera. / This work addresses the problem of developing optimization structurres to aid the operational decision-making of planning and scheduling activities in real-world pipelines. Two problems are studed: (i) The first one contemplates a pipeline connecting a refinery and a depot. The pipeline transports various products. An alternative solution approach is proposed to obtain the pipeline scheduling, using only MILP (Mixed Integer Linear Programming) models. Since the resolution of the entire problem in a unique optimization model became too hard due to the high computational complexity, the problem decomposition is developed. The first proposed model provides the punping product-sequence and its volume, respectively. Fixing these variables, the MILP model is able to obtain the final scheduling of the pipeline in few seconds. The quality of the solution obtained by the MILP sequencing model is better than a previous heuristic sequencing published. (ii) The second system is composed by a network with 30 pipelins that connect different areas including 4 refineries, 2 harbors, 2 final clients, and 6 distribution terminals. They receive or send many oil derivatives. The studied pipeline network has particular features to be processed as, for instance, local constraints, surge tank operation, flow reverse operational, seasonal costs, and work shifts. Also, the pipelines are shared by different products that use different routes. In this way, pumping stoppages should be evaluated. Considering that the pipeline network complexity is higher than the unique pipeline scheduling procedure, the problem decomposition becomes essential. Scheduling details must be given, including pumping sequence in each node, volume of batches, tankage constraints and timing issues, while always respecting a series of operational constraints. Moreover, the computacional burden to determine a a short-term scheduling for the considered scenario is a difficult task. Three MILP models are proposed to address this problem: planning model, allocation and sequencing model and,finally, the timing model. The output of a model is used as input to other structures and/or MILP models. These models are managed in a hierarchical manner to obtain the desired solution. Many insights have been derived from the obtained solutions, which are given in a reduced computational time for oil industrial-size scenarios.

Perante diversas situações da engenharia são utilizadas formulações empíricas de dimensionamento baseadas em dados de campo e experiência profissional que definem muito o caráter subjetivo da metodologia padrão de projeto. O presente trabalho de pesquisa aborda os diversos métodos de obtenção dos esforços gerados em dutos enterrados submetidos a cargas dinâmicas e estáticas e sua posterior reavaliação através de modelagem numérica com o programa Plaxis 3D. Os métodos analíticos não convencionais foram comparados com o método padrão de cálculo sendo que o mesmo demonstrou ter uma boa precisão mesmo sem considerar outros fatores importantes como a parcela de resistência devida à coesão do solo e sua deformabilidade. A modelagem numérica demonstrou o conservadorismo do método de Marston e o subdmensionamento do espraiamento em prisma devido aos efeitos locais ocasionados pela adoção do recobrimento mínimo e sobrecarga dinâmica elevada. Também se observou, através da modelagem 3D, que a utilização dos dois métodos clássicos favorecem a obtenção de resultados dentro da razoabilidade.Verificou-se também, como resultado desta pesquisa, que a proposta de um método clássico modificado permite uma melhor aproximação da carga que atinge o duto. / In various engineering situations, empirical formulations of design, based on field data and professional experience which highly define the subjective nature of the standard design methodology, are used. This paper discusses the various methods of obtaining the stresses generated in buried pipelines, which are subjected to static and dynamic loads, and their subsequent re-evaluation by numerical modeling with Plaxis 3D program. The non-conventional analytical methods were compared with the standard method of calculation and it has demonstrated good accuracy even without considering other factors such as soil cohesion and deformability. The numerical modeling demonstrated the conservatism of the Marston method and subsiding of the prism spread due to local effects caused by the adoption of minimum cover and high dynamic overload and due to how the use of two classical methods favor reasonable results. A classic modified method that would allow a closer approximation of the load was also proposed.

Petrobras / Petróleos parafínicos são complexas misturas de hidrocarbonetos saturados, aromáticos, naftênicos e, em menor quantidade, de componentes que apresentam heteroátomos como resinas e asfaltenos. Em baixas temperaturas, a solubilidade das parafinas em solução diminui e ocorre a precipitação de hidrocarbonetos no petróleo. Devido à cristalização nota-se não apenas o aumento considerável da viscosidade dos petróleos em baixas temperaturas, mas também a deposição de parafina nas paredes internas da tubulação e a gelificação do petróleo nos oleodutos em eventuais paradas da produção. Os trabalhos disponíveis na literatura mostram que os históricos térmico e de cisalhamento influenciam o comportamento mecânico de petróleos parafínicos em baixas temperaturas. No presente trabalho são apresentados resultados da influência da temperatura inicial de resfriamento na temperatura de cristalização, na temperatura de gelificação e na tensão crítica necessária para reiniciar o escoamento de petróleos parafínicos. A temperatura em que o material é submetido antes do resfriamento influencia nas propriedades reológicas do petróleo. A partir da revisão de conceitos de cristalização define-se que para a precipitação do primeiro cristal é necessário a ocorrência de super-resfriamento na solução. Em outras palavras, não é possível que ocorra a cristalização da parafina exatamente na temperatura de equilíbrio sólido-líquido, Teq,SL. É proposta uma metodologia experimental para determinar a temperatura de saturação de óleos parafínicos. A partir de resultados reométricos pode-se notar que a magnitude do superresfriamento influencia a taxa de nucleação e o tamanho final dos cristais precipitados. O tamanho da região metaestável é influenciado pela taxa de resfriamento e pela temperatura inicial do teste. A partir de microscopia de campo claro observa-se que quanto maior o superresfriamento maior o número de cristais formados. Pode-se adiantar que a morfologia e o tamanho dos cristais formados influenciam o comportamento reológico do óleo parafínico em baixas temperaturas. / Waxy crude oil is a complex mixture of hydrocarbons consisting of paraffins, aromatics, naphthenes, asphaltenes and resins. At low temperatures the solubility of high molecular weight components in the oil is decreased and especially the n-paraffins tend to precipitate as crystal structures. These crystals provide a non-Newtonian behavior to the fluid, tend to deposit in the inner surface of pipelines and are responsible for the gelation of the oil when the flow is interrupted. In such cases, the pressure needed to restart the oil flow in subsea pipelines can be much larger than the usual steady-state pressure as the temperature in such environment can be as low as 4 °C. The literature has shown that not only the temperature itself but also the fluid shear and thermal histories have significant influence on the yield stress of waxy crude oils. The current work shows the effect of the initial cooling temperature on the waxy crude oil viscosity, gelation temperature and critical stress. It is showed that the initial cooling temperature affects the mechanical behavior of crude oils at low temperature. It is presented that crystallization is the process where an ordered solid structure is formed from a disordered phase. This process involves two main stages, namely nucleation and crystals growth. As paraffins nucleation is a stochastic process, a supercooling is needed to the onset of this phenomenon. In other words precipitation of crystals could not take place at the solidliquid equilibrium thermodynamic temperature, Teq,SL. Therefore, during the cooling, it is required that the fluid reaches a certain temperature, below the Teq,SL, to initiate the nucleation process. This work proposes an experimental procedure to determine consistently the highest solid-liquid thermodynamic equilibrium temperature. By means of rheometric tests, it is showed that the supercooling affects the nucleation rate and the crystals morphology, and also it is influenced by the cooling rate and the initial cooling temperature. One can conclude that the higher the supercooling the higher the number of crystals and, as consequence, the lower the crystals length. Finally, the crystals morphology and the length affect the mechanical properties of the waxy oil.

CAPES; ANP / Este trabalho apresenta o desenvolvimento de estruturas de otimização para auxílio na tomada de decisão de atividades de planejamento e scheduling em dutos. Dois problemas são estudados: (i) O primeiro sistema envolve um duto que interliga uma refinaria até um parque de tancagem operando o transporte de diversos produtos. Visto que a resolução de todo o problema em um único modelo de otimização tornou-se inviável devido a complexidade computacional, uma abordagem de solução alternativa é proposta para a obtenção do scheduling do duto, utilizando apenas modelos PLIM (Programação Linear Inteira Mista). O primeiro modelo proposto obtém a sequência de envio dos produtos e seus respectivos volumes. Fixando-se essas variáveis, o segundo modelo PLIM, já presente na literatura, é capaz de obter o scheduling final do duto em poucos segundos. Além disso, a qualidade da solução obtida através do sequenciamento PLIM mostrou-se superior ao sequenciamento heurístico previamente apresentado na literatura; (ii) O segundo sistema é composto por uma rede com 30 dutos que interliga diversas áreas incluindo 4 refinarias, 2 terminais portuários, 2 clientes finais e 6 terminais de distribuição que recebem ou enviam diversos produtos derivados de petróleo. A rede em estudo possui características particulares que devem ser tratadas como, por exemplo, restrições locais, pulmão, reversão de fluxo, horossazonalidade e troca de turno dos operadores. Além disso, os dutos são compartilhados por diferentes produtos que utilizam rotas distintas. Dessa forma, paradas de bombeio devem ser avaliadas. Considerando-se que a complexidade da rede de dutos é sensivelmente maior que a realização do scheduling de um único duto, a decomposição desse problema se torna imprescindível. Detalhes do scheduling da rede devem ser obtidos, incluindo sequência de bombeamento em cada nó, volume das bateladas, restrições de tancagem e distribuição no tempo, sempre respeitando uma série de restrições operacionais. Dessa forma, a carga computacional para a determinação de um scheduling de curto prazo (short-term scheduling) com o cenário considerado é relevante. São propostos três modelos PLIM para esse problema: modelo de planejamento, modelo de alocação e sequenciamento e, finalmente, o modelo de temporização. A saída de um modelo PLIM é utilizada como entrada para outras estruturas e/ou modelos PLIM que são utilizados de forma hierárquica para a obtenção da solução desejada. Muitas análises foram realizadas por intermédio das soluções obtidas, que são apresentadas em tempo computacionalmente reduzido para cenários da indústria petrolífera. / This work addresses the problem of developing optimization structurres to aid the operational decision-making of planning and scheduling activities in real-world pipelines. Two problems are studed: (i) The first one contemplates a pipeline connecting a refinery and a depot. The pipeline transports various products. An alternative solution approach is proposed to obtain the pipeline scheduling, using only MILP (Mixed Integer Linear Programming) models. Since the resolution of the entire problem in a unique optimization model became too hard due to the high computational complexity, the problem decomposition is developed. The first proposed model provides the punping product-sequence and its volume, respectively. Fixing these variables, the MILP model is able to obtain the final scheduling of the pipeline in few seconds. The quality of the solution obtained by the MILP sequencing model is better than a previous heuristic sequencing published. (ii) The second system is composed by a network with 30 pipelins that connect different areas including 4 refineries, 2 harbors, 2 final clients, and 6 distribution terminals. They receive or send many oil derivatives. The studied pipeline network has particular features to be processed as, for instance, local constraints, surge tank operation, flow reverse operational, seasonal costs, and work shifts. Also, the pipelines are shared by different products that use different routes. In this way, pumping stoppages should be evaluated. Considering that the pipeline network complexity is higher than the unique pipeline scheduling procedure, the problem decomposition becomes essential. Scheduling details must be given, including pumping sequence in each node, volume of batches, tankage constraints and timing issues, while always respecting a series of operational constraints. Moreover, the computacional burden to determine a a short-term scheduling for the considered scenario is a difficult task. Three MILP models are proposed to address this problem: planning model, allocation and sequencing model and,finally, the timing model. The output of a model is used as input to other structures and/or MILP models. These models are managed in a hierarchical manner to obtain the desired solution. Many insights have been derived from the obtained solutions, which are given in a reduced computational time for oil industrial-size scenarios.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / O emprego de materiais compósitos de matriz polimérica como reparo e reforço em estruturas nas indústrias do petróleo tem se tornado uma prática industrial comum. O uso destes reforços compreende desde o recobrimento de superfícies com defeitos, passantes ou não, até o reforço estrutural. Na última década, muitos estudos foram feitos para o desenvolvimento de uma metodologia alternativa para reforço e reparo de dutos com materiais compósitos. Recentemente, em 2006, o sistema ISO de normas técnicas apresentou a primeira especificação técnica de "Reparo em Compósitos para dutos das indústrias de Petróleo, Petroquímica e de Gás Natural Qualificação, projeto, instalação, testes e inspeção" ISO/PDTS 24817. O presente trabalho tem como objetivo o desenvolvimento de um sistema de reparo, utilizando materiais compósitos de matriz polimérica para o reparo e reforço estrutural de dutos e tubulações industriais, em conformidade com a Norma ISO 24817:2006. Foram desenvolvidos procedimentos para a confecção de corpos de prova destinados a ensaios mecânicos, e para aplicação do sistema de reparo. O sistema de reparo é destinado a defeitos tais como perda de espessura, amassamentos e danos transpassantes. Foi construída, em paralelo, toda a infraestrutura para a montagem de um laboratório destinado ao estudo de materiais compósitos, no Laboratório de Adesão e Aderência. São apresentados resultados de parte dos ensaios mecânicos necessários, comparação dos resultados obtidos com modelos teóricos e testes hidrostáticos. / The use of polymer matrix composites to repair and strengthen structures in the oil industry has become a common industry practice. The use of these reinforcements extends from covering surfaces with defects, through wall or not, to structural reinforcement. In the last decade, many studies have been done to develop an alternative approach to the strengthening and repairing of pipelines with composite materials. Recently, in 2006, the ISO system of technical standards presented the document technical support "Petroleum, petrochemical and natural gas industries Composite repairs for pipework Qualification, design, installation, testing and inspection" ISO/PDTS 24817. This study aims to develop a repair system using polymer matrix composite materials for repair and reinforcement of piping and pipelines in accordance with ISO 24817:2006. Procedures where developed for the confection of test specimens for mechanical testing, and application of the repair. The system is intended to repair defects such as thickness loss, gouges, and damage through wall or not. In parallel, an entire infrastructure was built for the conception of a laboratory for the study of composite materials at the Laboratory of Adhesion and Adherence. Here are presented the results of the required mechanical tests, the comparison results with theoretical models, and the hydrostatic testing.