A ocorrência de fraturas dúcteis propagantes em dutos para transporte de CO2 supercrítico é um aspecto que deve ser considerado no projeto e operação de sistemas de recuperação avançada de petróleo utilizando CO2. Os métodos disponíveis para determinação da tenacidade para interrupção intrínseca destas fraturas são revisados, destacando-se as suas limitações e os procedimentos experimentais existentes para averiguação deste parâmetro. São apresentadas informações relativas ao projeto de crack arrestors e particularidades de dutos submarinos. Este fenômeno depende fundamentalmente de aspectos da descompressão das misturas de CO2 transportadas, que são também analisados. Com o objetivo de verificar se os materiais usualmente utilizados em linhas de transporte de gás natural possuem propriedades mecânicas que garantam controle de fraturas dúcteis propagantes em dutos de transporte de CO2 supercrítico, os métodos Battelle e HLP foram aplicados para a determinação da energia Charpy mínima para interrupção da propagação da fratura em dutos construídos nos aços API 5L graus B, X65, X70 e X80, com diâmetros entre 150 e 310mm e espessuras entre 17 e 32mm. Considerouse pressão de saturação máxima de 10,2MPa. Verificou-se que, na faixa analisada, dutos construídos em aço grau B podem possuir energia Charpy mínima superior às especificações mínimas das normas de fabricação. Esse material apresenta também uma maior sensibilidade ao nível da pressão de interrupção que os demais. Foi apresentado um critério alternativo para controle de fraturas através da limitação da velocidade de propagação da fratura a uma fração da velocidade de descompressão do CO2 sob elevado nível de pressão. Este critério é recomendado para materiais com propriedades mecânicas mais elevadas, por exemplo, a partir do grau X80. / The occurrence of ductile propagating fractures in pipelines for supercritical CO2 transportation is an aspect which must be considered on design and operation of CO2- enhanced oil recovery systems. The existing methods to calculate the material toughness for fracture arrest and their limitations are reviewed. It was presented experimental methods used for arrest toughness determination as well as aspects related to crack arrestor design and subsea CO2 pipelines. The decompression behavior of the transported CO2 streams is also analyzed. In order to check whether the materials usually required for natural gas pipelines have suitable mechanical properties to promote fracture arrest in CO2 pipelines, Battelle and HLP methods were employed. Minimum Charpy energy values for fracture arrest were determined for pipelines of API 5L grades B, X65, X70 and X80, with diameters between 150 and 310mm and wall thicknesses of 17 to 32mm. The higher saturation pressure considered was 10,2MPa. It was ascertained that pipelines of API 5L grade B may have a minimum fracture arrest Charpy energy higher than minimum standard requirements within the analyzed range. Fracture arrest in this material is also more sensitive to the arrest pressure than the other steel grades considered. It was presented an alternative criterion for fracture arrest based on limitation of the fracture propagation velocity to a certain percentage of the stream decompression velocity in a high pressure level. This criterion is recommended for pipelines made of materials with higher mechanical properties, for instance grade X80 or higher.

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Civil e Ambiental, 2014. / Submitted by Ana Cristina Barbosa da Silva (annabds@hotmail.com) on 2014-10-07T17:45:57Z No. of bitstreams: 1 2014_FelipeAugustoNunesBerquo.pdf: 6028234 bytes, checksum: ed174009c3e2164938729d32cf42b390 (MD5) / Approved for entry into archive by Guimaraes Jacqueline(jacqueline.guimaraes@bce.unb.br) on 2014-10-08T16:13:49Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2014_FelipeAugustoNunesBerquo.pdf: 6028234 bytes, checksum: ed174009c3e2164938729d32cf42b390 (MD5) / Made available in DSpace on 2014-10-08T16:13:49Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2014_FelipeAugustoNunesBerquo.pdf: 6028234 bytes, checksum: ed174009c3e2164938729d32cf42b390 (MD5) / Este trabalho buscou avaliar, comparativamente, o comportamento mecânico de dutos enterrados considerando carregamentos estáticos baseados em rodovias e ferrovias. Hoje existem diversos tipos de casos onde existem interações de carregamentos entre os modais de transporte. Analisou-se a contribuição da altura de cobertura e de carregamentos na superfície do terreno para tensões e deformações no duto e na região da envoltória deste. Foram utilizadas análises com base em formulações analíticas pelos métodos propostos por Kirsch, Einsten & Schwartz e Marston-Spangler. Trabalhos de outros pesquisadores e normas motivaram e auxiliaram esta pesquisa. Estes forneceram instrumentos para que se avaliassem criticamente o comportamento mecânico das instalações quanto aos efeitos gerados em 10 tipos de casos. Assim, foram descritas as instalações consideradas seguras para regiões próximas a carregamentos superficiais. Para o desenvolvimento e análises dos casos, utilizou-se a ferramenta numérica PLAXIS®. Os resultados encontrados se mostraram coerentes em diferentes situações após a análise de diferentes comportamentos quanto ao coeficiente de empuxo no repouso, altura de cobertura, tipo de solo da envoltória, condições de saturação e carregamentos superficiais. Considerando as simplificações dos métodos utilizados, os resultados mostram que instalações seguras, mesmo quando considerado os efeitos da sobrecarga, podem apresentar pequenas alturas de cobertura. _______________________________________________________________________________________ ABSTRACT / This study aimed to evaluate the mechanical behavior of buried pipelines considering static loads based on roads and railways. Today there are many cases where there are load interactions between pipes, highways and railways. The contribution of height coverage and loads on the soil surface for stresses and strains were analyzed in the pipeline and in the surrounding region. Analyzes based on analytical formulations by the methods proposed by Kirsch , Einstein & Schwartz and Marston - Spangler. The literature review motivated and assisted this research. Also, other researches helped to critically evaluate the mechanic behavior of 10 different studies cases. Thus, the installations considered safe for near surface loadings regions were described. For the development and analysis of cases, was used the numerical tool PLAXIS ®. The results were considered consistent in different situations after the analysis of different behaviors regarding the coefficient K0, height of cover, envelope soil type, saturation conditions and surface loads. Considering the simplifications of the methods used, the results show that secure facilities even considering the effects of overload can present small covers.

Os permutadores de calor são equipamentos projetados para realizar a transferência de energia térmica entre dois fluidos, utilizando-se, geralmente, materiais metálicos como meio condutor e água de resfriamento para absorver calor desses equipamentos em processos industriais. Esta água quando não devidamente tratada, apresenta uma série de inconvenientes como depósito em tubulações e tubos, ocasionando perda de carga, e corrosão com conseqüentes perfurações nos tubos. Este trabalho visa avaliar a utilização de ligas de cobre-zinco (latão) em tubos de permutadores de calor que trabalham com água de resfriamento na UN-RECAP. Foram levantadas curvas de polarização das ligas de tubos latão C44300, C44500 e C68700 utilizadas nos permutadores de calor da Unidade, utilizando-se como eletrólito a água de resfriamento de uma torre de resfriamento da Unidade, com preparação de superfície das amostras com e sem passivação prévia em solução do inibidor de corrosão. Os ensaios foram realizados à temperatura ambiente e à temperatura crítica dos permutadores de 60ºC. Para avaliação dos mecanismos de falhas dos permutadores de calor mais críticos da Unidade, foram utilizados: o histórico das análises físico-químicas da água de resfriamento, os resultados dos ensaios de IRIS, as curvas de polarização e o histórico de inspeção dos equipamentos. Os resultados das curvas de polarização das ligas de latão apresentaram dissolução ativa sem passivação para todas as ligas na temperatura ambiente e na temperatura crítica, com indicativo de passivação para a amostra C44300 com passivação prévia ensaiada a temperatura ambiente. O processo de dezincificação foi identificado nos processos de falha dos permutadores de calor em operação. / Heat exchangers are equipment designed to accomplish the heat transfer between two fluids, using metallic materials as conductive middle and a cooling water to absorb heat in those equipments. This water, when not properly treated, presents a series of inconveniences as deposits on pipes, load loss and corrosion with consequent holes in the tubes. This study aims to evaluate the use of copper-zinc alloys (brasses) in tubes of heat exchangers that work with cooling water system of the UN-RECAP/PETROBRAS. There were lifted up polarization curves of brasses alloys tubes C44300, C44500 and C68700 used in heat exchangers being used cooling water as electrolyte, with samples surface preparation with and without prior passivation solution of a corrosion inhibitor. Tests were performed at room temperature and to the critical temperature at 60ºC (the critical temperature). In order to evaluate the failure mechanisms of the most critical heat exchangers, physical and chemical analysis, historical of cooling water, IRIS test results, polarization curves and inspection data reports were used. The results of polarization curves of brasses alloys showed active dissolution without passivation for all alloys at room temperature and critical temperature, with an indication of passivation of the sample with prior passivation tested at room temperature. The process of dealloying was identified in the process failures of heat exchangers in operation.

Orientador: Vivaldo Silveira Jr / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos / Made available in DSpace on 2018-08-01T00:47:47Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Gratao_AnaCarolinaAmaral_M.pdf: 37222328 bytes, checksum: 9e616b01b5789dbb3cb443c56eec1b91 (MD5) Previous issue date: 2002 / Resumo: Os trocadores de calor de tubo duplo são utilizados nas indústrias de alimentos nos processos de tratamento térmico. Um efetivo controle de temperatura destes sistemas complexos é fundamental à qualidade final dos produtos alimentícios, que normalmente apresentam características distintas quanto ao escoamento e à transferência de calor. O presente trabalho consiste na avaliação experimental do comportamento dinâmico da temperatura de saída de fluidos alimentícios newtonianos, com características reológicas e térmicas distintas, durante o processo de resfriamento em um trocador de calor de tubo duplo. Água, soluções de sacarose a 8 e 18% e açúcar líquido invertido a 75% foram utilizados como fluidos de teste. Os experimentos visaram a caracterização do comportamento transiente através das curvas de resposta da temperatura de saída dos produtos, obtidas sob perturbações das condições de operação da entrada do trocador. As variáveis de entrada, vazão mássica e temperatura dos produtos e vazão volumétrica do fluido térmico, foram perturbadas a partir das condições iniciais do processo, individual e simultaneamente, positiva e negativamente e em diferentes intensidades. Constatou-se as não linearidades das curvas de resposta entre as diferentes perturbações impostas ao processo. As múltiplas perturbações das variáveis de entrada, conduzidas de acordo com a metodologia do planejamento experimental, permitiram a análise dos efeitos individuais e de interações sobre a temperatura de saída dos produtos, "B", e sobre os parâmetros, "td" e "z", fornecendo assim, informações fundamentais para implementação de sintonia de controladores convencionais e não convencionais. / Abstract: Double pipe heat exchangers are used in food industries for thermal treatment processes, such as pasteurization of juices and fruit pulps. An effective control of temperature of these processes is extremely important for the :finalquality of the food products, which usually present different characteristics of flow and heat transfer. The present work consists in evaluating the dynamic behavior of the :final temperature of newtonians fluids, with different values of rheological and thermal properties, during cooling process in a double pipe heat exchanger. Water, sucrose solutions at 8 and 18% and inverted liquid sugar at 75% were used as test fluids. The experiments considered the transient behavior under disturbances of the operation conditions in the heat exchanger entrance, through the response curves, represented by the :finaltemperature of the products with time. The entrance variables, mass flow rates of the products, temperature of the products and volumetric flow rates of the thermal fluid were disturbed from the initial conditions, individual and simultaneously, positive and negatively, with different intensities. The response curves showed the non-linearity among the different disturbances imposed to the process. The multiple disturbances in the entrance variables, driven according to the methodology of the experimental design, allowed the analysis of the effects of each disturbance, as well as the effects of the interactions among them on the :final temperature of the products, "B", and on the parameters, "td" and "z", providing fundamental subsidies for conventional and non-conventional controllers' implementation. / Mestrado / Mestre em Engenharia de Alimentos

Orientador : Kamal Abdel Radi / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Campinas / Made available in DSpace on 2018-07-14T17:43:35Z (GMT). No. of bitstreams: 1 MagalhaesFilho_Paulo_D.pdf: 2359313 bytes, checksum: b0acebdb687b5e422c437cad3494076c (MD5) Previous issue date: 1986 / Resumo: Este trabalho apresenta em sua introdução, uma orientação sobre o problema de armazenamento de calor sensível, onde se destaca o caso onde o fluído escoa no interior de um cilindro oco, tendo a superfície externa isolada termicamente. A modelagem matemática e a solução numérica são feitas para que se tenha a previsão do comportamento da resposta transiente do calor sensível armazenado em sólidos de formato cilíndrico. A equação que descreve a distribuição de temperatura no sólido e a Equação de FOURIER e o método numérico utilizado e o método das Diferenças Finitas. Os materiais armazenadores e os fluidos utilizados são os pares aço-óleo térmico e concreto-ar, para os quais foram montados bancos de ensaios, distintos, com recursos que possibilitam a variação da temperatura e da vazão do fluído. Os resultados dos testes de carregamento e descarregamento são apresentados na forma de gráficos e tabelas. Comparando os resultados encontrados, através dos dados levantados experimentalmente e da previsão feita através da solução numérica-computacional, uma discussão é apresentada e utilizada para as conclusões e sugestões de aplicação dos resultados deste trabalho. Como aplicação, tem-se o projeto analítico e a verificação experimental de uma unidade armazenadora, fazendo também uma discussão dos resultados comparativos encontrados / Abstract: This work presents the results of a numerical model for a sensible heat storage system composed of hollow tubes and also the experimental analysis carried out to establish the validity of the model and the performance of the storage system under varying operational conditions. The analytical model developed is solved numerically using an interative finite difference method and the obtained results of temperature distribution in the solid and fluid as well as the heat stored are presented in a non dimensiona1 form. Experimentals are performed on a specially designed loop rig to test storage tanks. The rig enables using oil and air, control of temperature and flow rate. A very large number of thermocouples was distributed along and across the model as well as at the entry and exit sections of the working fluid in order to enable mapping of the temperature profiles. Two different model materials were used in this study: the first was ma de of steel for high temperature applications while the other was ma de of concrete. This work also presents a theoretical and experimental model to describle the transient behaviour of a sensible heat storage unit formed by arrays of thick steel tubes in the form of heat exchanger. In the proposed arrangement the hot and cold fluids can f10w in opposite and parallel directions to enable verifications of the theoretical results. Curves and tab1es of comparison between numerical results and the experiments are presented and discussions / Doutorado / Doutor em Engenharia Mecânica

Os sistemas de irrigação localizada cada vez mais voltam-se a um mercado exigente, que requer menor custo de implantação e facilidade de operação. Os tubogotejadores surgiram com o intuito de manter as características de qualidade e condições adequadas de funcionamento. No laboratório de irrigação do Departamento de Engenharia Rural da Escola Superior de Agricultura "Luiz de Queiroz", Universidade de São Paulo, estudou-se as características hidráulicas do tubo gotejador Rain-Tape TPC da Rain-Bird. Este tubo gotejador é constituído de polietileno linear de baixa densidade com espessura de parede de 225 microns * . Os emissores são do tipo labirinto, com fluxo turbulento e espaçados de 0,30 m. O tubo gotejador foi submetido a diferentes ensaios para a determinação das , características hidráulicas : coeficiente de variação de fabricação (CVf), equação característica, variação do diâmetro com a pressão, resistência à ruptura, equação de perda de carga, fator de redução de perda de carga (F) e comprimento máximo das linhas laterais. O ensaio para a determinação da uniformidade de vazão e equação característica, forneceu um Cvf de 1,97% e constante que caracteriza o regime de fluxo de 0,4563, respectivamente. Isto classifica os emissores com uniformidade de vazão excelente e regime de fluxo turbulento, concordando com os valores fornecidos pelo fabricante. A ruptura do material ocorreu à pressão de 21 m.c.a. em locais distintos ao longo do tubo gotejador, nunca nos emissores. A água permaneceu gotejando durante todo o processo de ruptura. Verificou-se que o diâmetro interno aumenta com o aumento da pressão, tendo sido ajustadas equações de perda de carga considerando a vazão e o diâmetro, e a vazão e a pressão como variáveis. A análise de variância demonstrou não haver diferença entre os valores de perda de carga obtidos pelas equações ajustadas, pela equação universal e os dados experimentais. Os valores dos coeficientes de redução de perda de carga (F) determinados utilizando-se a equação característica do emissor e a equação de perda de carga (vazão e pressão como variáveis), em função do número de saídas e da pressão, decresceram com o aumento da pressão para um mesmo número de emissores. Os comprimentos máximos obtidos pelo método estatístico, variaram de 9,0 a 203,1 m. O menor comprimento corresponde a uma pressão de entrada na linha de 2 m.c.a., 3% de declive e 10% de qvar e o maior à pressão de 10 m.c.a., 3% de declive e 20% de qvar. ______________________________________ * 1 micron – 10-6 m. / This work was developed at the Department of Rural Engineering - ESALQ/USP. It was studied the hydraulic characteristics of Rain Bird drip tape. This drip tape is a flexible emitter with long path, with turbulent flow and spacing 0,30 m. It was used different tests in order to determine the hydraulics characteristics : manufacturing coefficient (Cvf), characteristic equation, diameter variation with pressure, rupture resistance, head loss equation, head loss factor (F) and maximum length lateraIs. The test for discharge determination and characteristic equation, was Cvf = 1,97% and emitter discharge exponent was 0,4563. This value agree with the manufacturer. The internaI diameter increased with pressure and the equation were adjusted as a function of discharge and pressure. The rupture resistance failed at 21 m.c.a. and happened along the drip tape and never in the emitters. The variance analysis did not show any significant difference values among the head loss obtained by the adjusted equations, by the universal equation and experimental data. The head loss factor (F) was obtained using the characteristic equation of the emitter and the head loss equation, were set according to the number of outlets and pressure. F values decrease wíth the pressure increasing at the same number of emitters. The maximum length obtained by statistical approach varied from 9,0 to 203,1 m. The smaller length correspond to the pressure of 2 m.c.a., slope 3% and qvar of 10%, the greater length to the pressure of 10 m.c.a., slope 3% and qvar of 20%.

O presente trabalho tem o objetivo de apresentar fórmulas para o cálculo da perda de carga em tubos e conexões de PVC mais utilizadas em linhas principais e laterais de sistemas de irrigação por aspersão, de maneira simples e de aplicação fácil para um irrigante ou para um projetista de irrigação. Para tal, foram testados no Laboratório de Hidráulica do Departamento de Engenharia Rural da Escola Superior de Agricultura"Luiz de Queiroz"- USP, Piracicaba, tubos e conexões de PVC de dois fabricantes importantes do mercado nacional, TUPY e TIGRE. A literatura apresenta várias equações empíricas para estimar perda de carga contínua e localizada. Apesar de tais equações serem bastante utilizadas na Engenharia, seu uso é limitado a situações para as quais foram determinadas. A hipótese é de que a perda de carga contínua, quanto à localizada é função de uma potência n da vazão. Assim foram determinadas equações para perda de carga em função da vazão para cada tubo e conexão. Valores dos coeficientes de atrito de Darcy-Weisbach e Números de Reynolds foram calculados para o caso dos tubos testados. Dessa maneira é possível a utilização da equação universal de perda de carga. Estão apresentadas também expressões para o comprimento equivalente. A hipótese assumida mostrou-se verdadeira, uma vez que as equações ajustadas apresentaram altos coeficientes de determinação, ou seja, o processe de perda de carga, tanto continua quanto localizada em tubos e conexões de PVC (linha irrigação), pode ser representado por tais equações. / not available

A Petrobras desenvolveu em São Mateus do Sul uma unidade para processamento do Xisto, a partir da qual são produzidos óleos, gases, nafta, etc. Esta planta possui uma série de equipamentos especialmente projetados para esta aplicação, sendo um dos mais críticos, do ponto de vista de confiabilidade, o forno de radiação, que utiliza tubos de troca térmica confeccionados em aço inoxidável ferrítico ASTM A 268 Gr. 446. Este estudo tem como objetivo avaliar o nível de degradação destes tubos, através da verificação das alterações ocorridas na matriz metálica e em algumas das propriedades mecânicas do material, devido à exposição a temperaturas próximas a 800°C e a um ambiente contendo gás sulfídrico (H2S). Objetiva-se também definir um possível limite de utilização dos tubos, evitando, desta forma, paradas de produção ocasionadas por ruptura dos tubos em operação. Foram estudadas amostras tubos de novos e usados, com o auxílio de microscopia ótica, microscopia eletrônica de varredura, espectroscopia por energia dispersiva de raios X, ensaios de dureza e microdureza, e ensaios de tração à temperatura ambiente e à temperatura de 770°C. Observou-se, que nos tubos novos a matriz apresentava-se totalmente ferrítica, já nos tubos usados, a matriz permanecia predominantemente ferrítica, porém, com precipitação de fases sigma e carbonetos de cromo nos contornos de grãos. Pôde-se observar também a corrosão interna no material, que se iniciava nas fases localizadas nos contornos de grãos e após passava a corroer o restante da matriz, reduzindo desta forma a seção metálica resistente. Verificou-se nos tubos usados, um aumento de dureza e redução da resistência à tração a temperatura ambiente, alterações estas, que são diretamente influenciadas pela precipitação de fases sigma e carbonetos. Em função dos resultados obtidos no ensaio de tração realizado a 770°C, foi possível definir-se um limite para utilização dos tubos do forno, atribuindo este limite a uma espessura mínima capaz de resistir aos esforços existentes. Concluiu-se que somente a precipitação das fases sigma e carbonetos no material analisado não seriam suficientes para provocar a ruptura do material em operação. Atribuiu-se então, como principal causa de deterioração o processo corrosivo que o material está submetido, reduzindo de forma considerável sua secção resistente e promovendo a falha do componente. / The Petrobras developed in São Mateus do Sul a manufacturing unit to process Shale where oil, gas, naphtha, etc., are produced. This plant has a large number of equipments specially designed to this application. The most critical equipment by the point of view of reliability is the radiation furnace, which uses exchange thermic tubes made by ferritic stainless steel ASTM A 268 Gr. 446. The first objective of this study is to evaluate the degradation in these tubes, verifying the modifications in the metallic matrix and in some mechanical properties due to the exposure at high temperatures close to 800°C and a hydrogen sulfide gas environment (H2S). A second objective is to correlate the results to establish a possible residual live to these tubes, avoiding failure and rupture in operation. Samples of new and used tubes were studied, using optical microscopy, scanning electron microscopy (SEM), energy dispersive spectroscopy (EDS), hardness and micro hardness test, tensile tests at the room temperature and at 770°C. It was observed, that in the new tubes the matrix was totally ferritic, and in the used tubes the matrix remain predominantly ferritic, but with sigma phase and chromium carbide around the grains. It was observed corrosion, which has begun in the area around the grains and after that passed to corrode the remaining matrix, reducing the metallic resistance section. It was verified in the used tubes higher hardness and lower strength at room temperature, changes that were influenced directly by sigma phase and chromium carbide precipitation. After analysis that were obtained from tensile tests carried out at 770°C, for used tubes, it was defined a minimum thickness resistant. It was concluded that just the sigma phase and chromium carbide precipitation, were not sufficient to cause the rupture of the tubes during operation. The main reason to cause fails in these tubes is the corrosive process the tubes were submitted, reducing substantially the resistant section.

O presente trabalho foi desenvolvido em várias etapas envolvendo desde o estudo do desempenho em fadiga de tubos utilizados em risers rígidos até a avaliação do comportamento em fratura dos mesmos. Inicialmente foi desenvolvido um sistema de ensaios de fadiga de tubos por ressonância. Este sistema constava de cabeças de apoio, sendo o tubo submetido a carregamento cíclico por uma massa excêntrica acionada por um motor elétrico. Com este sistema foram realizados ensaios de fadiga em tubos que continham uma emenda produzida por solda helicoidal. Foram testadas duas séries de tubos, sendo uma sem simulação de bobinamento e outra com simulação de bobinamento. Devido ao fato de que os ensaios de fadiga nestes tubos eram interrompidos quando a trinca se tornava passante, alguns tubos foram submetidos a um carregamento em tração até a ruptura. Assim foi possível avaliar a resistência remanescente e com estes dados comparar com aqueles utilizando-se os ensaios a partir da previsão do comportamento em fratura obtida com corpos de prova da mecânica da fratura. Foram, também, ensaiados por tração tubos com defeitos produzidos por usinagem para comparação do comportamento na fratura com aqueles que possuíam defeitos gerados por fadiga. Com o objetivo de avaliar a possibilidade de utilização de corpos de prova normalizados do tipo SE(B), foram realizados em laboratório, ensaios de tenacidade à fratura em corpos de prova retirados dos tubos. No intuito de avaliar a correspondência de técnicas de simulação numérica foram utilizadas técnicas analíticas por método de elementos finitos para simular o comportamento de trincas em tubos. Estes resultados foram comparados com os obtidos nos ensaios de tração. Também foi realizada a simulação do corpo de prova testado em laboratório com o mesmo objetivo. Foi verificado que o sistema de ensaio sob carregamento cíclico permite a execução de testes de fadiga em tubos. Os tubos testados apresentaram ótimo desempenho em fadiga, sendo os resultados superiores àqueles especificados em norma. Os ensaios de tração nos tubos trincados por fadiga mostram que estes apresentam resistência próxima das do tubo íntegro, mesmo possuindo trinca da ordem de 60 mm de comprimento. Entretanto, os ensaios de laboratório revelaram que os corpos de prova de dimensões reduzidas utilizados para avaliação do comportamento em fratura destes componentes são inadequados. A simulação numérica mostrou-se eficiente na reprodução do comportamento de tubos com trinca não passante e para os corpos de prova de laboratório,não tendo, entretanto, o mesmo sucesso na previsão do comportamento de tubos com trincas passantes. / This work was developed in multiple steps, from the fatigue behavior to fracture evaluation of rigid risers’ pipes. First was developed a resonant fatigue test rig, which consisted of two support heads, with the pipe being submitted to cyclic load by a rotating eccentric mass that was driven by an electric motor. With this rig full-scale fatigue tests were carried out in two sets of middle bias weld pipes. One set was subjected to plastic deformation simulating reeling operation, while the other was not. Since the tests were interrupted when there was a trough the wall crack, some pipes were tested in tension to fracture to evaluate the load capacity of the remaining pipe sections. Pipes with machined defects were also tested, in order to compare their behavior to that of the pipes that had fatigue defects. With the goal of evaluating the possibility of using standard SE(B) specimens, some fracture toughness tests were done in laboratory with specimens extracted from the pipes. In order to evaluate the correspondence of numeric simulation methods to reality, a commercial software was used to simulate the load capacity of the fractured pipe segments and the results were compared with those obtained in the tension to fracture tests. A simulation of the laboratory tested specimen was also done with the same objective. It was evidenced that the resonance fatigue test rig was capable of executing fatigue tests in full-scale pipes. The tested pipes presented good performance under fatigue, being superior to the specified by the standard. The tension to fracture tests done on the cracked pipe segments showed that they have a resistance that is close to that of the non-cracked pipes, even with cracks with lengths of around 60 mm. The laboratory tests proved that the small standard specimens are inadequate to measure the fracture properties of the pipe's material. The numeric simulation showed itself to be efficient in the reproduction of the behavior of pipes with non-trough the wall cracks and of standard specimens, but showed poor agreement with the behavior presented by the pipes with trough-wall cracks.

Este trabalho descreve a metodologia desenvolvida para fabricação e comissionamento de um novo conceito de máquina para realização de testes de fadiga por ressonância de tubos rígidos em escala real, visando oferecer soluções técnicas para determinados pontos de melhoria encontrados em equipamentos já existentes. O equipamento foi desenvolvido sob os conceitos de análise vibratória, com o auxílio de ferramentas de CAD e método de elementos finitos. A metodologia de projeto do equipamento foi desenvolvida através de projeto conceitual e seleção de conceito, atingindo evolução gradual através de testes experimentais e aplicação contínua de melhorias. Uma vez fabricada a máquina, foi realizado um teste em trecho de duto íntegro, sem costura, com elevado nível de corrosão superficial externa, visando a validação do projeto e o comissionamento da bancada de testes. Este trecho de duto é de aço API 5L X65 com seis metros de comprimento, 219,1 mm de diâmetro externo e 22,2 mm de espessura, com pressão interna de 200 bar, acrescida de deformação com amplitude constante média de ± 750 μm/m no centro do tubo. O critério de falha adotado foi o surgimento de uma trinca na direção circunferencial, passante ao longo da espessura. Durante o teste, foram adquiridos os dados de deformação, aceleração, frequência, pressão interna, temperatura interna e temperatura ambiente. A análise de falha foi realizada na região da fratura para confirmar a ocorrência de fadiga no tubo. O desenvolvimento da bancada e a posterior realização dos ensaios permitiram avaliar a eficiência e a produtividade do equipamento, o qual se mostrou vantajoso frente aos conceitos existentes e apto para a execução de testes em tubos rígidos de forma rápida e satisfatória. / Este trabalho descreve a metodologia desenvolvida para fabricação e comissionamento de um novo conceito de máquina para realização de testes de fadiga por ressonância de tubos rígidos em escala real, visando oferecer soluções técnicas para determinados pontos de melhoria encontrados em equipamentos já existentes. O equipamento foi desenvolvido sob os conceitos de análise vibratória, com o auxílio de ferramentas de CAD e método de elementos finitos. A metodologia de projeto do equipamento foi desenvolvida através de projeto conceitual e seleção de conceito, atingindo evolução gradual através de testes experimentais e aplicação contínua de melhorias. Uma vez fabricada a máquina, foi realizado um teste em trecho de duto íntegro, sem costura, com elevado nível de corrosão superficial externa, visando a validação do projeto e o comissionamento da bancada de testes. Este trecho de duto é de aço API 5L X65 com seis metros de comprimento, 219,1 mm de diâmetro externo e 22,2 mm de espessura, com pressão interna de 200 bar, acrescida de deformação com amplitude constante média de ± 750 μm/m no centro do tubo. O critério de falha adotado foi o surgimento de uma trinca na direção circunferencial, passante ao longo da espessura. Durante o teste, foram adquiridos os dados de deformação, aceleração, frequência, pressão interna, temperatura interna e temperatura ambiente. A análise de falha foi realizada na região da fratura para confirmar a ocorrência de fadiga no tubo. O desenvolvimento da bancada e a posterior realização dos ensaios permitiram avaliar a eficiência e a produtividade do equipamento, o qual se mostrou vantajoso frente aos conceitos existentes e apto para a execução de testes em tubos rígidos de forma rápida e satisfatória.