[pt] Os ativos de produção da indústria petrolífera estão atingindo reservas de petróleo em maiores profundidades e condições ambientais mais diversas impostas pelo subsolo marinho, neste cenário os problemas ocasionados pela corrosão acarretam maiores perdas econômicas. O CO2 está presente na indústria petrolífera geralmente através da queima de hidrocarbonetos, sendo que o CO2 forma com a água o ácido carbônico (H2CO3) que gera grave corrosão nos metais em contato. Esta pesquisa avaliou o desempenho de um revestimento comercial de base polimérica reforçado com nanotubos de carbono e de outro revestimento de resina epóxi NOVOLAC, ambos aplicados sobre o aço carbono AISI 1020. Estes corpos de prova revestidos foram imersos em uma solução salina com 3 porcento wt de NaCl e em outra solução salina com 3,5 porcento wt de CaCl2, ambas saturadas com CO2., pressão de 75 bar, temperatura de 75 graus C e tempo de imersão de 360 horas. Foram empregadas técnicas de Espectroscopia de Impedância Eletroquímica (EIS), Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV), Espectroscopia de Energia Dispersiva (EDS) e Difração de Raios X (DRX). Os resultados mostraram que o revestimento de resina epóxi NOVOLAC apresentou o melhor desempenho em ambos os meios para as condições utilizadas neste trabalho. / [en] The production assets of the oil industry are reaching oil reserves at greater depths and more diverse environmental conditions imposed by the marine subsoil, in this scenario the problems caused by corrosion lead to greater economic losses. CO2 is present in the petroleum industry generally through the burning of hydrocarbons, with CO2 forming the acidic acid (H2SO3) that generates severe corrosion in the metals. This study evaluated the performance of a nanoparticularized coating with carbon nanotubes and another NOVOLAC epoxy impregnated coating, both coating AISI 1020 carbon steel. These coated specimens were immersed in a saline solution containing 3 percent wt NaCl and in another saline solution with 3.5 percent wt CaCl2, both saturated with CO2, 75 bar of pressure, 75 celsius degrees and immersion for 360 hours. Techniques such as Electrochemical Impedance Spectroscopy (EIS), Scanning Electron Microscopy (SEM), Dispersive Energy Spectroscopy (EDS) and X-ray Diffraction (XRD) were used. The results showed that the NOVOLAC epoxy coating showed the best performance in both saline solutions for the conditions studied.

Made available in DSpace on 2016-12-08T17:19:21Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Luiz Fernando Giacchero.pdf: 4189596 bytes, checksum: 744ba5d6d712d7bbaf8643e411becaf4 (MD5) Previous issue date: 2013-07-26 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / In order to know the electrochemical behavior of galvanized steel and improve its corrosion protection were tested mineral oils and emulsions which exist in the industrial sector in order to compare the electrochemical tests with results obtained in natural tests. The galvanizing Industries care about a safety when selling their material and the mineral oils inhibitors are widely used in this field, but if these oils or oil-water emulsions are not in the ideal concentration, they can not ensure protection for galvanized steel, which is usually required by suppliers of at least six months without the formation of corrosion products. The technique of electrochemical impedance spectroscopy (EIS) and polarization curves anodic and cathodic (CPOL) showed the electrochemical behavior of galvanized steel, ordinary steel, the electrochemical behavior of galvanized steel in the presence of mineral oils and emulsifying behavior even in presence of oil full. Immersion tests were performed at regular steel and galvanized steel in order to understand the mechanisms of formation of corrosion products and the results were obtained by scanning electron microscopes (SEM) techniques and X-ray diffraction (XRD). Tests were also conducted with natural samples of galvanized steel with different concentrations of oil in an airtight container with the atmosphere of a more aggressive galvanizing industry partner in this research for a period of six months at the most critical period of the year where the great heat exchange causes a greater number of cycles that dry and wet samples favoring the formation of corrosion products. Samples will be collected after the six-month period and analyzed by SEM and XRD to identify the corrosion products formed comparing the analyzes obtained for several concentrations of emulsions and thus identifying the most efficient way to ensure the protection against corrosion in galvanized steel. / As indústrias de galvanização que armazenam o aço zincado em locais de alta umidade relativa propiciam a formação da corrosão branca que afeta a estética e, conseqüentemente, a comercialização do material. Para zelar pela integridade do metal, óleos minerais são utilizados neste campo como inibidores temporários de corrosão. Porém, se esses óleos ou emulsões óleo-água não estiverem na concentração ideal, poderão não garantir uma proteção para o aço zincado, que costuma ser exigida por fornecedores de no mínimo seis meses sem a formação de produtos de corrosão visíveis a olho nu. A técnica de espectroscopia de impedância eletroquímica (EIE) e as curvas de polarização anódicas e catódicas (Cpol) mostraram o comportamento eletroquímico do aço galvanizado, aço comum, aço galvanizado em presença de óleos minerais emulsionáveis e o comportamento desse em presença de óleo integral. Ensaios de imersão foram realizados no aço comum e galvanizado a fim de conhecer os produtos de corrosão por microscopia eletrônica de varredura (MEV) e por difração de raios X (DRX). Ensaios naturais também foram realizados com amostras de aço galvanizado com diferentes concentrações de óleo num recipiente hermeticamente fechado com a atmosfera de uma indústria parceira do setor por um prazo de seis meses no período mais crítico do ano onde a grande inversão térmica provoca um maior número de ciclos de secagem favorecendo a formação de produtos de corrosão. As amostras com concentração abaixo de 15% revelaram produtos comuns aos ensaios de imersão como os hidroxicloretos hidratados de zinco nas amostras com emulsões de concentração de 5% de óleo e os hidroxicarbonatos de zinco nas placas com concentração de 5% e 10% de óleo, sendo apenas as emulsões com teor de óleo igual ou maior a 15% eficientes neste período de tempo.

[pt] A susceptibilidade à corrosão sob tensão em aços para dutos é dependente de uma série de eventos que vão desde a manufatura do aço, fabricação do tubo, montagem dos dutos e tipo de substância transportada pelo duto. O procedimento de soldagem envolvido na montagem dos dutos pode modificar as propriedades mecânicas do metal de base na região da zona termicamente afetada (ZTA), assim como as propriedades metalúrgicas e de resistência à corrosão, tornando potencialmente a região da junta soldada com maior probabilidade de incidência de corrosão sob tensão.Este trabalho tem como objetivo estudar a resistência à corrosão sob tensão em presença de sulfeto e fragilização pelo hidrogênio, em soldas circunferenciais de tubo API 5L X80. Foram realizados: -Ensaios de acordo com norma NACE TM0177/96, Método A -Ensaios de Baixa Taxa de Deformação (BTD) de acordo com a norma ASTM G129-00/2006, em solução contendo Tiossulfato de Sódio. Os resultados mostraram que o metal base foi considerado aprovado segundo os requisitos dos testes NACE TM0177/96. Porém as juntas soldadas originadas nos diferentes processos de soldagem estudados apresentaram susceptibilidade à corrosão sob tensão em presença de sulfeto e fragilização pelo hidrogênio, segundo o mesmo critério, fraturando em um período inferior a 720h. Esta susceptibilidade foi comprovada com os resultados dos ensaios de tração BTD, tendo sido constatada uma queda significativa no limite de resistência, alongamento e tempo de ruptura, em comparação aos ensaios realizados ao ar na mesma taxa de deformação. O mecanismo de fratura predominante nos ensaios foi fratura transgranular. / [en] The susceptibility of pipeline steels to stress corrosion cracking (SCC) depends on a series of factors ranging from the manufacture of the steel, the pipe fabrication, the assembly of the pipeline and the type of substances to be transported. Additionally, the welding procedures adopted during the production of the tubes and for construction of the pipelines (field welding), can modify the properties of the base metal in the heat affected zone (HAZ), potentially rendering this region susceptible to sulphide stress corrosion cracking and hydrogen embrittlement.This study evaluates the resistance of girth welds in API 5LX80 pipes to hydrogen embrittlement and also to stress corrosion cracking in the presence of sulphides. The evaluation was performed according to NACE TM0177/96, Method A, applying the criterion of fracture/no fracture, and slow strain rate tensile tests (SSRT) were undertaken using a sodium thiosulphate solution according to the ASTM G29 standard. According to the requirements of the NACE TM0177/96 test, the base metal was considered approved. The weld metal exhibited susceptibility to SCC in the presence of sulphides, failling in a period of less than 720h. The susceptibility of the welded joint to SCC in the presence of sulphides was confirmed by the results obtained with SSRT tensile tests, where a significant decrease in the ultimate tensile strength, elongation and time to fracture were observed. The mechanism of fracture for the tests was predominantly transgranular.

[pt] Este trabalho apresenta a análise do sistema de medição utilizado pelo pig instrumentado tipo palito usado para detecção e dimensionamento de perda de espessura em dutos provocada por corrosão interna. A aplicação de testes experimentais de vibração, perfilagem geométrica e análise por elementos finitos têm objetivo de avaliar o sistema de medição dos sensores palito do Pig Palito, assim como mostrar os resultados obtidos com esta nova tecnologia de dimensionamento de micro geometria. Os dutos submarinos (offshore) empregam tradicionalmente as mesmas tecnologias de inspeção usadas em dutos terrestres (onshore) e uma dessas tecnologias é o pig instrumentado. No entanto, é encontrada uma vasta quantidade de dutos offshore com diferentes tipos de obstáculos que inviabilizam o uso dos pigs instrumentados convencionais, como os Pigs Magnéticos M.F.L. (Magnetic Flux Leakage) e Ultrassônicos. Os fatores relevantes que dificultam a inspeção, especialmente em dutos offshore, são os multi-diâmetros, raios de curvatura acentuados, equipamentos instalados ao longo do duto, alta espessura de parede do duto, escoamento multifásico, etc. Atualmente, o uso de Pigs Ultrassônicos e Magnéticos são as técnica disponíveis no mercado para inspeção da corrosão. Contudo, esses pigs possuem suas próprias limitações. Dentro deste contexto, foi desenvolvido um novo pig instrumentado, chamado de Pig Palito, para detecção e dimensionamento de perda de espessura em dutos com corrosão interna. Esta ferramenta foi desenvolvida para superar diversas limitações que outros pigs instrumentados convencionais têm durante a inspeção. Os resultados obtidos pela instrumentação do sensor palito na análise experimental indicam que a vibração dos sensores pode interferir na medição de micro geometria gerando erros de interpretação. A possibilidade de detecção, minimização e/ou eliminação desta possível deficiência do sensor palito são factíveis e abordadas na presente dissertação. Os bons resultados das inspeções de campo com os Pigs Palito comprovam o sucesso e viabilidade técnica no emprego desta tecnologia. / [en] This work presents the analysis and study of the technology used by the instrumented pig called Feeler Pig, used for detection and measurement of loss of wall thickness in pipelines due to internal corrosion. Those study´s objective are the evaluation of dynamic measurement of Feeler Pig´s sensors, through the application of experimental vibration tests, geometric evaluation`s tests and finite elements analysis, so that are showed the results rewarded by this new micro geometric measurement technique. Submarine pipelines (offshore pipelines) inspection traditionally employs the same technologies used for onshore pipelines and one of such technologies is the instrumented pig. However, it is very common to find offshore pipelines with many kinds of obstacles that may prevent the use of conventional instrumented pigs, like MFL (Magnetic Flux Leakage) pigs and ultrasonic ones. The relevant factors that make the inspection difficult, particularly in offshore pipelines, are the different diameters along the pipeline, small radius bends, equipments installed in the pipeline (such as manifolds and valves), increased wall thickness, multi-phase fluids, etc. Currently available techniques in the market to inspect these pipelines are ultrasonic and magnetic pigs, which, nevertheless, have their own limitations. Focusing on this context, a new tool was developed to detect and measure the loss of wall thickness in pipelines due to internal corrosion. This tool, called Feeler Pig, was designed to be able to overcome some of the limitations of conventional inspection pigs. The results achieved by instrumentation of the feeler type sensor`s body, experimental analysis tests, proved that vibration modes of the sensor interferes in the measurement of micro geometric. The possibility of detection, mitigation and / or elimination of the deficiencies of sensor`s issues are viable and addressed in this work. These, coupled with the excellent results of Feeler Pigs field inspections prove the technical feasibility and success in using this technology.

[pt] Pontes rodoviárias são estruturas sujeitas à ação conjunta de fadiga e corrosão. Nesse sentido, este trabalho propõe um protótipo de sistema para auxiliar na tomada de decisão sobre a manutenção de pontes de viga de aço, no qual apenas pontes simplesmente apoiadas são consideradas. O sistema considera os efeitos da corrosão-fadiga e estima o tempo de vida útil dessas estruturas a partir de uma análise de confiabilidade estrutural. Tal análise é baseada nas curvas S-N para fadiga da norma americana AASHTO e na regra do acúmulo de dano de Miner. Para considerar a perda de material e a perda de resistência causadas pela corrosão, são realizados ajustes nos parâmetros de fadiga do modelo de confiabilidade utilizado. Além disso, algumas alternativas de manutenção que reduzem a taxa de degradação são consideradas no sistema com a correção dos parâmetros de corrosão do material. O sistema utiliza uma rede neural artificial para estimar as tensões nas vigas de aço com a passagem de um veículo de fadiga da AASHTO a partir de dados geométricos e de material da ponte. A base de dados utilizada para o desenvolvimento da rede neural foi criada a partir de resultados de simulações por elementos finitos. O ciclo de vida de uma ponte de aço projetada conforme a norma americana é simulado usando o sistema proposto. Através dessa simulação, conclui-se que o tempo de vida útil da mesma está relacionado com a combinação dos parâmetros de tráfego e da agressividade do ambiente. Conclui-se também que o aumento no volume de tráfego médio diário de caminhões (ADTT) pode causar uma redução de 48 por cento a 76 por cento na vida útil e dependendo do aumento na sua taxa de crescimento anual a redução pode ser de até 80 por cento. As alternativas de lavagem da superestrutura proporcionam ganho de vida útil para todos os ambientes, sobretudo no ambiente marinho (podendo chegar até 30 por cento). No entanto, em alguns dos cenários de tráfego testados nas simulações esse ganho não é suficiente para garantir o tempo de vida útil mínimo recomendado pela AASHTO. / [en] Highway bridges are structures subjected to the both action of fatigue and corrosion. In this sense, this research proposes the prototype of a system to assist in the maintenance decision making process of steel beam bridges, in which only simply supported steel girder bridges are considered. The system contemplates the effects of corrosion-fatigue and estimates the lifetime of these structures based on a structural reliability analysis. Such analysis is based on AASHTO S-N fatigue curves and Miner s damage accumulation rule. In order to account for material and resistance loss caused by corrosion, adjustments are made to the fatigue parameters of the reliability model used. In addition, some maintenance strategies that reduce the rate of corrosion are considered in the system by correcting the corrosion parameters of the material. The system uses an artificial neural network model to estimate the stresses in steel beams under the passage of an AASHTO fatigue vehicle using geometric and material data from the bridge. The database used for the development of the neural network was created from finite element simulations results. The life cycle of a steel bridge, designed according to the AASHTO American standard, is simulated using the proposed system. Through this simulation, it is concluded that the structure s lifetime is related to the combination of traffic parameters and the environment corrosivity. It is also observed that the increase in the average daily truck traffic (ADTT) can cause a reduction from 48 percent to 76 percent in the bridge s lifetime and depending on its annual growth increase rate the reduction can go up to 80 percent. Maintenance alternatives for the superstructure such as washing provide a lifetime gain for all environments, especially in the marine environment (up to 30 percent). However, in some of the tested traffic scenarios this gain is not sufficient to guarantee the minimum service life recommended by AASHTO.

[pt] Corrosão é um fenômeno natural que afeta basicamente todo tipo de material, consome bilhões de dólares anualmente em todo o mundo e pode ter resultados catastróficos. Revestimentos são a técnica de prevenção de corrosão mais utilizada de todas. Nesse sentido, resinas epóxi são amplamente utilizadas em todos os setores da indústria. Apesar de serem polímeros de alta performance, resinas epóxi apresentam problemas, como a necessidade do uso de endurecedores normalmente tóxicos e longos tempos de cura. Benzoxazinas são uma classe emergente de monômeros termofixos de alta performance e auto-cura. Enquanto monômeros mono- e bifuncionais são tipicamente explorados, benzoxazinas de funcionalidade mais alta e sintetizados em procedimento sem solvente e purificados por solventes mais seguros, são um caminho mais desejável em direção à síntese de PBZ para aplicações de alta performance. Nesse trabalho nós descrevemos uma abordagem sustentável para a síntese de benzoxazina trifuncional a partir de melamina, fenol e paraformaldeído. A estrutura química do monômero sintetizado foi confirmada por análises espectroscópicas, enquanto o processo de polimerização foi monitorado por análise calorimétrica. O monômero de benzoxazina foi, então, copolimerizado com uma resina epóxi bifuncional comercial. Nós investimgamos o efeito sinergístico no aumento das propriedades térmicas por meio de DSC e TGA. Resultados revelaram temperatura de transição vítrea de até 268 Graus C. Alta estabilidade térmica também foi obtida, com início de degradação próximo a 400 Graus C e rendimento residual de 22 wt (porcentagem) a 800 Graus C. Posteriormente, o copolímero foi combinado com sílica para produzir revestimentos anti-corrosão. Resultados revelaram superfícies superhidrofóbicas com ótimas resistência a risco e adesão ao substrato de aço. Teste eletroquímico provou alta efetividade dos revestimentos como barreira anti-corrosão, com performance aumentada pela incorporação de sílica. / [en] Corrosion is a natural phenomenon that affects virtually every material, consumes billions of dollars annually worldwide and may result in catastrophic events. Coating is the most utilized technique to prevent corrosion. In this sense, epoxies are widely applied in all sectors of industry. Despite being high performance polymers, epoxies present issues, such as the use of toxic crosslinkers and long curing time. Benzoxazines are an emerging class of high performance self-curing thermosets. While typical monomers are based on mono- and difunctional derivatives, higher functional benzoxazines, prepared without using solvents, but purified with nontoxic solvents, are more desirable towards a greener synthesis of PBZ for high performance applications. Herein, we describe an environment-friendly approach to synthesizing a trifunctional benzoxazine from melamine, phenol, and paraformaldehyde. The chemical structure of the synthesized benzoxazine was confirmed by spectroscopic analyses, while the polymerization was monitored by thermal analysis. The synthesized benzoxazine monomer is, then, copolymerized with a commercial difunctional epoxy resin. We investigate the synergistic effect on improved thermal properties using differential scanning calorimetry (DSC) and thermogravimetric analysis (TGA). Results showed that a glass transition temperature of up to 268 Degrees C was obtained. A higher thermal stability was also achieved with an onset degradation of nearly 400 Degrees C and char yield of 22 wt (percentage) at 800 degrees C. Later, the copolymer was combined with silica to produce anticorrosion coatings. Results revealed superhydrophobic surfaces with great scratch resistance and adhesion to steel substrate. Electrochemical test proved high effectiveness of the coatings as anti-corrosion barrier, with increasing performance with the incorporation of silica.

[pt] Durante a exploração e produção de petróleo, dificuldades operacionais precisam ser superadas na injeção de CO2 para aumento da produção. Na presença de água, o CO2 reage e forma o H2CO3, que pode vir a corroer o aço carbono presente nos dutos flexíveis. Diversos fatores influenciam no processo corrosivo, entre eles a pressão parcial de CO2, a temperatura, pH do meio e a relação volume de solução/área metálica exposta (V/A). Desta forma, o objetivo deste trabalho foi avaliar a composição e propriedades mecânicas dos produtos de corrosão depositados sobre a superfície do aço carbono 1080 imersos em água do mar sintética, a temperatura de 40 graus C, durante 15 e 121 dias. Para avaliar a influência da pressão parcial de CO2, os ensaios foram realizados a 1, 10 e 20 bar de CO2, já para avaliar a influência da relação V/A, os ensaios foram realizados a 1 mL.cm-2 e 20 mL.cm-2 . As taxas de corrosão foram determinadas utilizando o método gravimétrico, as caracterizações dos produtos de corrosão foram realizadas por Microscopia Óptica (MO), Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV), Espectroscopia de Energia Dispersiva (EDS) e Dispersão de Raios X (DRX). Adicionalmente, foi utilizada a Nanoindentação para determinar as propriedades mecânicas do filme formado. A partir da MO, foi identificado a formação de dois filmes em quase todas as condições estudadas. Ao avaliar a influência da pressão, não foram observadas variações significativas na taxa de corrosão. Já os resultados obtidos para avaliar o efeito da relação V/A, foi possível concluir que o ambiente confinado reduz significativamente a taxa de corrosão. Ao avaliar as propriedades mecânicas dos filmes, foi possível observar que em todos os casos, a dureza e o módulo de elasticidade são menores no filme interno quando comparados ao filme externo. Isso pode estar relacionado a formação de uma camada externa mais compacta, constituída predominantes por pequenos grãos de FeCO3, conforme os resultados obtidos através do MEV e DRX / [en] During oil exploration and production, operational difficulties need to be overcome in CO2 injection to increase production. In the presence of water, CO2 reacts and forms H2CO3, which can corrode the carbon steel present in flexible pipes. Several factors influence the corrosive process, including the partial pressure of CO2, the temperature, pH of the medium and the volume of solution/exposed metallic area (V/A) ratio. Thus, the objective of this work was to evaluate the composition and mechanical properties of the corrosion products deposited on the surface of carbon steel 1080 immersed in synthetic sea water, at a temperature of 40 C degrees, for 15 and 121 days. To evaluate the influence of the partial pressure of CO2, the tests were carried out at 1, 10 and 20 bar of CO2, and to evaluate the influence of the V/A ratio, the tests were carried out at 1 mL.cm-2 and 20 mL. cm-2 . Corrosion rates were determined using the gravimetric method, characterizations of corrosion products were performed by Optical Microscopy (OM), Scanning Electron Microscopy (SEM), Energy Dispersive Spectroscopy (EDS) and X-Ray Scattering (XRD). Additionally, Nanoindentation was used to determine the mechanical properties of the formed film. From the OM, the formation of two films was identified in almost all conditions studied. When evaluating the influence of pressure, no significant variations in the corrosion rate were observed. As for the results obtained to evaluate the effect of the V/A ratio, it was possible to conclude that the confined environment significantly reduces the corrosion rate. When evaluating the mechanical properties of the films, it was possible to observe that in all cases, the hardness and the elastic modulus are lower in the inner film when compared to the outer film. This may be related to the formation of a more compact outer layer, consisting predominantly of small FeCO3 grains, according to the results obtained through SEM and XRD.

[pt] Neste trabalho foram estudados quatro geometrias de componentes tubulares, para trabalho sob pressão interna, que continham defeitos tipo perda de espessura metálica em regiões de sua superfície externa e que foram reparados por dois sistemas de materiais compósitos. As seguintes geometrias de espécimes tubulares foram estudadas: dutos com redução de diâmetro, dutos curvados a frio, dutos curvados a quente e uniões tubulares em T. Os dois sistemas de materiais compósitos consistiram de um sistema com mantas de resina epóxi reforçadas por fibra de vidro (ERFV) e outro sistema com mantas de resina epóxi reforçadas por fibra de carbono (ERFC). O método de Elementos Finitos foi usado para simular o comportamento dos espécimes quando submetidos a testes hidrostáticos. As simulações levaram em consideração o comportamento do material dos tubos API 5L Grau B nas suas regiões elástica e plástica, e investigaram o aumento da resistência à ruptura dos tubos com defeitos proporcionados pela presença dos reparos compósitos. Os resultados obtidos com os modelos de elementos finitos, usados para as determinações de distribuições de deformações e de pressões de ruptura, foram comparados com resultados experimentais disponíveis para cada componente tubular. Os resultados destas comparações foram satisfatórios. Posteriormente, foram desenvolvidas equações para determinar espessuras otimizadas para os reparos e os resultados obtidos com estas equações foram comparados com os resultados das simulações por elementos finitos e outros resultados obtidos com equações disponíveis em normas pertinentes. Em conclusão, o método de elementos finitos usado neste trabalho simulou satisfatoriamente o comportamento em testes hidrostáticos de componentes tubulares tipo Tê, com redução concêntrica, curvados a quente e curvados a frio, com defeitos de perda de espessura metálica e que foram reparados com materiais compósitos. Por sua vez, os resultados numéricos auxiliaram na validação de equações analíticas simples que poderão ser usadas na determinação de espessuras otimizadas de sistemas de reparos com materiais compósitos. / [en] This dissertation investigates four geometries of pipe components that operate with internal pressure and contain metal loss defects in areas of their external surface. These components were repaired with two systems of composite materials that consisted of epoxy resin reinforced by glass fiber (ERFV) and epoxy resin reinforced by carbon fiber (ERFC). The following tubular specimens were studied: components with concentric diameter reducers, hot curved short radius elbow components, cold curved long radius elbow components and T-components. The finite element method was used to simulate the behavior of the specimens when submitted to hydrostatic tests. The simulations took into consideration the behavior of the material of the pipes API 5L Grade B in their elastic and plastic regions, and investigated the increase in the rupture strength of the pipes with defects that was provided by the presence of composite repairs. The results obtained with the finite element models, used for the determination of distributions of deformation and burst pressures, were compared with experimental results available for each pipe component. The results of these comparisons were satisfactory. Subsequently, simple analytical equations were developed to determine the optimized thicknesses for the composite repair systems and the results obtained from these equations were compared with the results determined with the finite element models and with other results obtained with equations recommended by international relevant standards. In conclusion, the finite element method used in this work satisfactorily simulated the behavior of the selected pipe components with defects of metal loss that were hydrostatically tested and that were repaired with composites materials. The numerical results helped to validate simple analytical equations that can be used in the determination of the optimized thicknesses of repair systems with composite materials.

[pt] O aumento dos custos relacionados aos processos de manutenção em estruturas como aeronaves, aliadas à crescente demanda das mesmas, alimentam a necessidade de investimentos em técnicas inovadoras de monitoramento estrutural. Dessa forma, o trabalho realizado nesta tese, busca o desenvolvimento de uma técnica de monitoramento ativo, visando o acompanhamento de parâmetros da estrutura analisada, a fim de identificar e caracterizar processos de dano não visíveis, tais como corrosão e delaminação. A metodologia empregada, teve como base a análise dos padrões de deformação superficial, obtidos com o uso de grades de sensores à fibra óptica baseadas em redes de Bragg (FBG). Inicialmente, tais padrões foram provocados por carregamentos estáticos (tração), e posteriormente por atuadores PTZ fixados à estrutura. Estes últimos são submetidos a uma voltagem alternada e frequência fixa. Esta técnica apresenta todas as vantagens dos sensores FBG (massa e dimensões reduzidas, imunidade eletromagnética, elevado poder de multiplexação e alta sensibilidade entre outras), alem de permitir a visualização de alterações nos padrões de deformação, provocados por danos, através da variação da frequência de excitação. Com relação à interpretação dos resultados, a estratégia empregada consistiu em separar o problema de detecção e caracterização dos danos. Dessa forma, a detecção é realizada comparando a energia das deformações superficiais dos corpos de prova nos casos com e sem defeito, enquanto a caracterização é obtida através a utilização de redes neurais artificiais (RNA), por meio de rotinas de reconhecimento de padrões. / [en] The higher costs related to maintenance processes in structures such as aircraft, coupled with the growing demand of them, fueling the need for investment in innovative techniques for structural monitoring. Thus, the work done in this thesis seeks to develop a technique of active monitoring, aiming at monitoring of structure parameters analyzed in order to identify and characterize processes of hidden damage such as corrosion and delamination. The maid methodology was based on the analysis of patterns of surface deformation, obtained with the use of nets of optical fiber sensors based on fiber Bragg gratings ( FBG ). Initially, these patterns were caused by static loads (tension ), and later by PTZ actuators fixed to the frame, who are subjected to an AC voltage and fixed frequency. This technique has all the advantages of the FBG s sensors (mass and small dimensions, electromagnetic immunity, high multiplexing s power and high sensitivity among others), in addition to allowing visualization of changes in the patterns of deformation caused by damage, by varying the frequency excitation. With respect to the interpretation of the results, the strategy employed was to separate the problem of detection and characterization of damage. Thus, the detection is performed by comparing the deformation energy of the surface of the specimens in the cases with and without defect, whereas the characterization is obtained through the use of artificial neural networks (ANN) by means of pattern recognition routines.

[pt] Este trabalho teve por objetivo avaliar a morfologia de biofilmes, formados em superfície de aço API 5L X80 submetida a um fluido com baixo BSW (Basic Sediment Water), ou seja, baixo teor de água em óleo, através de análise por Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV), determinar a cinética e quantificar os grupos bacterianos de formação destes biofilmes, e avaliar a biocorrosão causada por estes microrganismos. Foram realizadas alterações no protocolo original de preparo de amostras, com a finalidade de obter melhor definição das morfologias avaliadas. Realizaram-se estudos dinâmicos (looping) e em condições estáticas, com e sem a adição de agente biocida. Utilizando-se como fluido de processo o óleo coletado no terminal da Petrobras em Barra do Furado que tem como característica um BSW de aproximadamente 1 por cento de água. Para alcançar os objetivos descritos foram quantificadas bactérias sésseis (bactérias facultativas heterotróficas, bactérias precipitantes do ferro, bactérias anaeróbias heterotróficas e bactérias redutoras de sulfato) através da técnica do número mais provável (NMP). A intensidade do processo corrosivo foi avaliada através da análise dos pites formados nos cupons por microscopia óptica. A seqüência de fixação com alteração do protocolo inicial, permitiu uma melhor preservação estrutural do biofilme obtendo-se assim imagens com melhor resolução, tendo em vista que a fixação primária com glutaraldeído fixa principalmente proteínas pelo estabelecimento de ligações divalentes com grupamento amino, e a pós-fixação em tetróxido de ósmio reage com os lipídios. Quanto a cinética, observou-se também que na presença de fluido oleoso, a formação do biofilme só é detectada após 15 dias de exposição. A adição do agente biocida inibiu o crescimento do biofilme, não sendo detectada a presença de células cultiváveis após 7 dias em contato com o fluido contendo o agente químico. / [en] This study aims to evaluate the morphology of biofilms formed on the surface of API 5L X80 steel exposed to a low BSW (Basic Sediment Water) fluid comprising oil of a low water content. The analisys was performed using scanning electron microscopy (SEM) in order to determine the formation kinetics, to quantify and identify the bacterial groups present as the film formed, and to evaluate the biocorrosion caused by these organisms. Modifications were made to the original sample preparation protocol, in order to better define the film morphologies. Studies were undertaken applying either static or dynamic (looping) conditions, bith with and without the addition of biocides. The process fluid used was oil collected from the Petrobras Barra do Furado Terminal, characterized by its 1 percent BSW. The evaluation was performed quantifying the sessile bacteria present in the film (heterotrophic bacteria, iron bacteria, anaerobic bacteria e sulphate reducing bacteria) via the Most Probable Number (MPN) technique. The intensity of the corrosion process was determined by the analysis of pits forme in the testpieces, by optical microscopy. The application of a sample fixation sequence, in addition to modifications of the inicial sample preparation protocol, permitted the improved preservation of the biofilm structures, thereby permitting higher resolution images. The primary fixing agent, containing gluteraldehyde, principally fixes proteins, by establishing divalent bonds with amino groups, while the post-fixation stage with osmium tetroxide invloves reactions with lipid groups.With regard to the film deposition kinetics, it was observed that biofilm formation could only be detected after 15 day s exposure to the oily fluid. The addition of a biocide, inhibited the growth of the film, no cultivatable cells being present after 7 days contact with the treated fluid.