O presente trabalho tem como objetivo caracterizar e correlacionar formas de onda de sinais de emissÃo acÃstica, utilizando mÃtodos de anÃlise espectral e fractal, em corpos de prova previamente soldados com seus respectivos defeitos, avaliando assim a integridade estrutural do material aÃo carbono ASTM 516 Grau 60, utilizado em vasos de pressÃo, tubulaÃÃes, esferas de armazenamento, etc. Os sinais de emissÃo acÃstica foram gerados submetendo os corpos de prova a ensaios de traÃÃo. Para anÃlise dos sinais no domÃnio dos tempos, foram utilizados o mÃtodo de contagem de caixas, que fornece a dimensÃo fractal, e o de intervalo re-escalado de Hurst, e no domÃnio das freqÃÃncias o mÃtodo espectral de Fourier. AtravÃs das relaÃÃes previstas pelas leis de escala, concluiu-se que os expoentes calculados pelos mÃtodos espectral de Fourier e reescalado de Hurst, correlacionam-se entre si, bem como com a dimensÃo fractal obtida pelo mÃtodo de contagem de caixas. Mostrou-se tambÃm a existÃncia de duas regiÃes de escala distintas que caracterizam a mudanÃa do regime elÃstico para o regime plÃstico quando as amostras foram submetidas ao carregamento de traÃÃo. Verificou-se ainda que este comporta-mento foi caracterÃstico tanto para os materiais soldados como para o metal de base. / The present work aims to characterize and correlate waveforms of acoustic emission signals, using methods of spectral analysis and fractal in specimens previously soldiers with their defects, thus evaluating the structural integrity of the material carbon steel ASTM 516 Grade 60 used in pressure vessels, piping, storage spheres, etc.. The acoustic emission signals were generated by subjecting the specimens to tensile tests. For analysis of the signals in the time domain, we used the method of box counting, which provides the fractal dimension, and re-scaled range of Hurst, and in the frequency domain the Fourier spectral method. Through the relations laid down by law scale, it was concluded that the exponents calculated by Fourier transform and spectral methods reescalado Hurst, are correlated with each other as well as the fractal dimension obtained from a box counting. It was also shown existence of two regions of different scale characterizing the change of the elastic to the plastic regime when the samples were subjected to traction. It was further found that this behavior is characteristic for both the welded material as for the parent metal.

Este trabalho apresenta os resultados da aplicação da metodologia de inspeção não intrusiva (INI) em equipamentos do sistema de dessulfurização de gás numa plataforma petrolífera, com o auxílio da inspeção baseada em risco utilizando a norma API RP 581. A inspeção não intrusiva é aplicada tendo como fundamentos as guias de inspeção, como a DNV-RP-G103, que reúne informações de como executar e justificar o seu uso, a fim de garantir a segurança das instalações, eliminando a necessidade de uma parada do equipamento para a realização da inspeção. Contudo nem todos os equipamentos puderam ser inspecionados por esta metodologia, devido a limitações operacionais e/ou construtivas. O trabalho conclui que a inspeção não intrusiva pode ser aplicada à inspeção de equipamentos sem prejuízo ao mapa de risco do equipamento ou da unidade, e naqueles onde não é possível à utilização somente da metodologia, a mesma poderá ser aplicada em conjunto com a inspeção convencional fornecendo informações importantes sobre o estado do equipamento, melhorando assim a confiabilidade do planejamento da parada de manutenção e uma redução dos custos envolvidos. / This paper presents the results of applying the methodology of non-intrusive inspection (INI) in electrical system flue gas desulphurization an oil rig, with the help of riskbased inspection using the API RP 581. The non-intrusive inspection is implemented with the guides as the foundations of inspection, such as DNV-RP-G103, which gathers information on how to make and justify its use, to ensure the safety of installations, eliminating the need for a parade equipment to perform the inspection. However not all equipment could be inspected by this method, due to operational limitations and / or constructive. The paper concludes that the non-intrusive inspection can be applied to inspection of equipment subject to the risk map of the equipment or unit, and those where it is not possible to use only the methodology, it may be applied along with conventional inspection providing important information on the status of the equipment, thereby improving the reliability of planning maintenance shutdown and lower costs.

The analysis of the fertilization effects on wood productivity and tree-wood quality is important in forest plantations management.. The monitoring of these practices are generally defined by the continuous measurement of tree dimensions in permanent plots in periodic forest inventories. This methodology implies the availability of information restricted to a few years. On the other hand, the annual tree-ring analysis constitutes an efficient alternative methodology to the permanent plots uses. This study aimed to analyze the growth, wood density and nutritional concentration of 60 Pinus taeda trees treated with 6 different doses of composted pulp-mill sludge (CPMS): 0 , 20, 40, 80 and 100 t ha-1. Ten 17 year-old-trees for each treatment were selected, felled and wood cross sections (5 cm, thickness) were cut at the base, 1.30 m (DBH), 25, 50, 75 and 100% (6 cm, commercial trunk height). The annual tree-rings of the wood discs were delimitated and radial-longitudinally synchronized, and the tree stems reconstructed. Twin radial thin wood slices were cut transversely (DBH, trunk position), conditioned and analyzed by non-destructive techniques of X-ray densitometry and X-ray fluorescence (μ-XRF), to obtain the microdensity and wood nutrients profile. Width, density, biomass and nutrient concentration chronologies were analyzed by dendrochronological methods and correlated to seasonal variations of rainfall and temperature. Principal Component Analysis (PCA) was applied to explore the interaction of tree-ring variables, as well as analysis of variance (ANOVA) to verify the difference between treatments. The results analysis are presented in three chapters aiming to reach the main objective of this study. In Chapter I, the radial variation of the tree-ring microdensity and the integration of tree-ring density and width data in allometric equations were analyzed in order to improve the estimation of wood biomass production. Also, the response of the Pinus taeda trees to the CPMS treatments was dated. In Chapter II the response of the stem P. taeda trees development to the CPMS doses was analyzed. Increments of up to 24, 37 and 127% in the stem diameter, height and volume, respectively were observed. It is also proposed a management guide based on the simulation of P. taeda wood production under 84 t ha-1 CPMS for 21-year rotation and thinning at 7 and 13 years resulted in a wood productivity of 11.9 m3 ha-1 or 5.04 Mg ha-1 per year. In Chapter III the tree-ring nutrients concentration (phosphorus, sulfur, potassium, calcium, manganese and iron; P, S, K, Ca, Mn and Fe) were quantified. Ca and Mn decrease in the pith-bark direction; K and S decrease from the pith up to 8-9th annual tree-ring and, then, increase to the bark and Fe e P presented no distinguished radial trends. The results integration showed mainly correlations of P. taeda trees growth, wood density and nutrient concentration with local precipitation and significantly effects of CPMS soil fertilizer up to the 5th year after their application. This study provided an historical evaluation of growth, wood density and nutrient concentration of P. taeda trees. Evidencing the application of annual tree- rings in the monitoring of forest plantations under silvicultural treatments. / Na aplicação de fertilizantes em plantações é fundamental o entendimento e a avaliação do efeito na produtividade e qualidade da madeira das árvores das espécies florestais. Os processos de monitoramento destas práticas são, geralmente, definidos pela mensuração contínua das dimensões das árvores em parcelas permanentes em inventários florestais periódicos. No geral, esta metodologia de monitoramento implica na disponibilidade de informações restritas a poucos anos. Por outro lado, a análise dos anéis de crescimento anuais constitui-se em eficiente metodologia alternativa ao uso de parcelas permanentes. Neste contexto, o presente estudo visa analisar o crescimento, densidade e concentração de nutrientes dos anéis de crescimento anuais do lenho de 60 árvores de Pinus taeda de 17 anos de plantação experimental submetida a 6 tratamentos com resíduo celulósico compostado (CPMS), sendo: 0, 20, 40, 80 e 100 t ha-1. Foram selecionadas 10 árvores correspondentes a cada tratamento, cortados discos do lenho a 0, DAP, 25, 50, 75 e 100% da altura comercial do tronco (6 cm de diâmetro mínimo), delimitados e mensurados os anéis de crescimento na sua seção transversal e construído o crescimento radial-longitudinal do tronco das árvores. Amostras radiais gêmeas foram cortadas transversalmente do lenho dos disco do DAP do tronco, acondicionadas e analisadas por técnicas não destrutivas de densitometria de raios X e por fluorescência de raios X (μ-XRF), determinando-se a variação radial da microdensidade e dos nutrientes do lenho. As análises dendrocronológicas dos anéis de crescimento anuais propiciaram a construção das cronologias da largura, densidade, biomassa e concentração dos nutrientes, comparando-as com as variações sazonais de precipitação pluviométrica e de temperatura. Aplicou-se se a análise de componentes principais (PCA) para explorar a interação das variáveis dos anéis de crescimento, bem como a análise de variância (ANOVA) para verificar a diferença entre tratamentos. Os resultados das análises são apresentados em três capítulos atendendo ao objetivo do presente estudo. NoCapítulo I, analisou-se a variação radial da microdensidade dos anéis de crescimento, e a integração dos dados de densidade e largura dos anéis de crescimento em equacões alométricas para melhorar a estimativa da produção de biomassa de madeira. Ainda foi datada a resposta das árvores de Pinus taeda aos tratamentos com CPMS. No Capítulo II analisou-se o histórico da resposta do desenvolvimento do tronco das árvores de Pinus taeda às doses de CPMS, com incrementos de até 24, 37 e 127% no diâmetro, altura e volume do tronco, respectivamente. Propõe-se, ainda, a confecção de guia de manejo baseado na simulação da produção de madeira de P. taeda submetido a 84 t ha-1 CPMS para rotação de 21 anos e desbastes ao 7º e 13º ano resultando em produtividade de 11,9 m3 ha-1 ou 5,04 Mg ha-1 por ano. No capítulo III quantificou-se a concentração de nutrientes (fósforo, enxofre, potássio, cálcio, manganês e ferro; P, S, K, Ca, Mn e Fe) nos anéis de crescimento anuais das árvores. Observou-se que Ca e Mn diminuem na direção medula-casca; K e S diminuem da medula até o 8-9º anel, em seguida, aumentam na direção da casca, enquanto Fe e P não apresentaram tendências radiais. Os resultados integrados do histórico do crescimento, densidade da madeira e concentração de nutrientes no lenho das árvores de P. taeda mostraram que a variabilidade anual esta correlacionada, principalmente, com a precipitação local e com o efeito da aplicação de CPMS até cerca do 5º ano. O presente estudo propiciou a avaliação histórica do crescimento, densidade e concentração de nutrientes do lenho das árvores de Pinus taeda. Evidenciando a aplicação dos anéis de crescimento anuais no monitoramento de plantações florestais submetidas a tratamentos silviculturais.

Tese de Mestrado Integrado. Engenharia Civil (Estruturas). Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2013

Tese de doutoramento. Engenharia Civil. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2009

A utilização de ondas guiadas em técnicas de monitoramento de integridade estrutural tem se mostrado uma alternativa interessante para economia de tempo e de custos de operação. Técnicas com ondas guiadas apresentam a característica de monitorar trechos extensos de uma estrutura a partir de um único ponto de acesso, permitindo a inspeção de partes remotas e de difícil acesso. Entre os modos fundamentais de propagação de ondas guiadas em chapas, o modo SH0 possui a vantagem de não ser dispersivo, além de sofrer menores atenuações ao se propagar em superfícies em contato com fluidos. Neste trabalho é proposto um modelo de transdutor do modo SH0 de forma omnidirecional em uma chapa de aço utilizando um arranjo com cerâmicas piezoelétricas, que permita inspecionar determinada área de um componente através de um único modo de propagação. Para caracterizar e compreender o comportamento da resposta obtida foram realizadas simulações numéricas parametrizando características do modelo proposto, como o número de elementos piezoelétricos e dimensões geométricas dos componentes do transdutor. Para validação dos resultados do modelo numérico foram construídos modelos experimentais do transdutor, os quais foram instalados sobre uma chapa de aço de 2mm de espessura para verificação dos modos de propagação emitidos. Avaliando a relação entre intensidades de cada modo emitido e a qualidade da emissão de SH0 foi possível identificar as frequências que apresentaram resposta com a característica desejada. Também foi verificado o comportamento dos transdutores construídos ao serem excitados por ondas propagando na chapa, avaliando a sua utilização também como receptores. / The use of guided waves in structural health monitoring techniques has already proved to be an interesting alternative to reduce inspection time and overall operational costs. Guided waves techniques enable monitoring large structures from one single access point, allowing the inspection of distant and hard access parts. Among the fundamental propagation modes of guided waves in plates, the SH0 mode has the advantage of being non dispersive, as well as being subject to less attenuation when propagating through surfaces in contact with fluids. In this work, it is proposed one omnidirectional SH0 mode transducer in a steel plate using a piezoelectric ceramic array, which allows inspecting a component area through a single propagation mode. Numeric simulations parameterizating features of the transducer, such as the number of piezoelectric elements and the geometric dimensions of the transducer’s components, were developed to characterize and investigate the effect on the output response. To validate the numeric simulation results, experimental models of the transducer were built, which were installed on a 2mm thick steel plate to verify the generated propagation modes. The analysis of the relation between the intensity of each mode generated in the plate and the emission quality of the SH0 mode allowed the identification of frequencies that presented the most desirable response characteristics. The behavior of the built transducers was also studied when they were excited by waves propagating through the plate, evaluating the use of the transducers as signal receptors.

Os ensaios não destrutivos servem como uma importante ferramenta para a análise de estruturas de concreto armado. A utilização de ensaios de velocidade de propagação do pulso ultra-sônico (VPU) permite realizar um acompanhamento das características do material ao longo de sua vida útil. Através da análise dos dados obtidos, pode-se averiguar a uniformidade do concreto, controlar a sua qualidade, acompanhar sua deterioração e, através de comparação com corpos de prova de referência e, até mesmo, estimar a resistência do mesmo. No entanto, as técnicas atuais para análise dos resultados coletados são, em grande parte, baseadas na sensibilidade dos profissionais que as aplicam. Para facilitar o controle e inspeção de estruturas de concreto armado é fundamental desenvolver estratégias para tornar esta análise mais simples e precisa. Este trabalho se baseia na hipótese de que a aplicação de Redes Neurais Artificiais (RNAs) pode gerar modelos de relacionamento úteis e acurados entre as características do concreto, sua compacidade e sua resistência à compressão. O intuito é determinar se com o uso de RNAs é possível estabelecer relações não-lineares que permitam estimar a resistência do concreto a partir do conhecimento de algumas propriedades básicas e da verificação da sua compacidade por meio de ensaios de VPU. Os resultados indicam que as RNAs podem ser usadas para gerar métodos numéricos robustos e flexíveis para estimativa da resistência à compressão a partir de dados de VPU. O estudo evidencia uma considerável melhora nos resultados de estimação da resistência quando se empregam modelos neurais, em comparação a modelos estatísticos tradicionais. Para os dados coletados, provenientes de diversas pesquisas, os modelos tradicionais geram estimativas com coeficientes de determinação que não ultrapassam um valor de R² de 0,40. Já as redes neurais conseguem ajustes com R² da ordem de 0,90. Além de contribuir para uma melhor análise de situações em que haja dúvidas sobre a resistência ou homogeneidade de elementos de concreto, o trabalho demonstra que modelos neurais são uma forma eficiente de ordenar e transferir conhecimento não estruturado. Constatou-se, ainda, que, dada sua capacidade de aprendizagem e de generalização do conhecimento adquirido, as RNAs se constituem em um meio rápido e preciso para modelagem de fenômenos complexos. / Nondestructive Testing (NDT) techniques are useful tools for analyzing reinforced concrete (RC) structures. The use of Ultrassonic Pulse Velocity (UPV) measurements enables the monitoring of changes in some critical characteristics of concrete over the service life of a structure. The interpretation of the data collected allows an assessment of concrete uniformity, and can be used to perform quality control, to monitor deterioration and even, by means of comparison against reference samples, to estimate compressive strength. Nonetheless, the current techniques for UPV data analysis are, on a large degree, based on the sensitivity of the professionals who apply these tests. For accurate diagnosis it is necessary to consider the various factors and conditions that can affect the results. To proper control and inspect RC facilities it is essential to develop appropriate strategies to make the task of data interpretation easier and more accurate. This work is based on the notion that using Artificial Neural Networks (ANNs) is a feasible way to generate workable estimation models correlating concrete characteristics, compacity and compressive strength. The goal is to determine if it is possible to establish models based on non-linear relationships that are capable of estimating with good accuracy the concrete strength based on previous knowledge of some basic material characteristics and UPV measurements. The study shows that this goal is achievable and indicates that neural models perform better than traditional statistical models. For the data collected in this work, provided by various researchers, traditional regression models cannot exceed R² = 0.40, while the use of ANNs allows the creation of models that can reach a determination coefficient R² = 0.90. The results make clear that, besides contributing to better the analysis of situations where there is doubts regarding concrete strength or uniformity, neural models are an efficient way to order and transfer unstructured knowledge. It was shown that, given the learning capacity and its ability to generalize acquired information into mathematical patterns, ANNs are a quick and adequate way to model complex phenomena.

O crescimento da produção de petróleo em alto mar tem elevado a utilização de Risers flexíveis. Fazendo a conexão entre o poço e a plataforma, estes dutos estão sujeitos aos severos carregamentos causados pela superposição dos esforços mecânicos com o ambiente corrosivo. Deste modo, torna-se de grande importância, o monitoramento da integridade estrutural de Risers flexíveis para a Indústria petrolífera. Neste trabalho, foram desenvolvidas metodologias de caracterização do estado de tensões de arames da armadura de tração de Risers flexíveis de seis polegadas. Através do monitoramento de ensaios de tração foi testada a influência das variações de carregamento, microestrutura e afastamento entre o sensor e o material ferromagnético (Lift off) nas medidas micromagnéticas. Os resultados mostraram a grande aplicabilidade dos métodos micromagnéticos, separando os efeitos das variações de tensões e microestruturais. Analisando-se diferentes técnicas, foram obtidas correlações entre os carregamentos e as tensões (determinadas através da técnica micromagnética) superiores a 90%. Bons resultados também foram obtidos nas análises da influência do Lift off, onde, apesar da grande atenuação de sinais, obteve-se boas correlações entre propriedades mecânicas e micromagnéticas. / The constant growing of the offshore oil production has increase the use of Flexible Risers. Acting as the connection between the well and the platform, these pipelines are subjected to a superposition of mechanical loads and corrosive environment. In this sense, the development of more reliable systems for monitoring the structural integrity of Flexible Risers is becoming more important. This work aims the development of non destructive methodologies for the analysis of the stress state in the steel wires that forms the tensile armor of a six inch Flexible Riser. Through the monitoring of tensile tests, the influences of the load, microstructure and Lift off variations in the micromagnetic measurements had been analyzed. The results showed the good applicability of the micromagnetic methods, in sorting the microstructure effects from the stress analysis. Using the multi - technique approach, a good correlation (up to 90%) between load stress and the NDT stress (determined through the micromagnetic technique) had been found. The Lift off analysis showed promising results too, where, despite the high signal attenuation, good correlations between mechanical and micromagnetic properties had been observed.

Este trabalho apresenta os resultados da aplicação da metodologia de inspeção não intrusiva (INI) em equipamentos do sistema de dessulfurização de gás numa plataforma petrolífera, com o auxílio da inspeção baseada em risco utilizando a norma API RP 581. A inspeção não intrusiva é aplicada tendo como fundamentos as guias de inspeção, como a DNV-RP-G103, que reúne informações de como executar e justificar o seu uso, a fim de garantir a segurança das instalações, eliminando a necessidade de uma parada do equipamento para a realização da inspeção. Contudo nem todos os equipamentos puderam ser inspecionados por esta metodologia, devido a limitações operacionais e/ou construtivas. O trabalho conclui que a inspeção não intrusiva pode ser aplicada à inspeção de equipamentos sem prejuízo ao mapa de risco do equipamento ou da unidade, e naqueles onde não é possível à utilização somente da metodologia, a mesma poderá ser aplicada em conjunto com a inspeção convencional fornecendo informações importantes sobre o estado do equipamento, melhorando assim a confiabilidade do planejamento da parada de manutenção e uma redução dos custos envolvidos. / This paper presents the results of applying the methodology of non-intrusive inspection (INI) in electrical system flue gas desulphurization an oil rig, with the help of riskbased inspection using the API RP 581. The non-intrusive inspection is implemented with the guides as the foundations of inspection, such as DNV-RP-G103, which gathers information on how to make and justify its use, to ensure the safety of installations, eliminating the need for a parade equipment to perform the inspection. However not all equipment could be inspected by this method, due to operational limitations and / or constructive. The paper concludes that the non-intrusive inspection can be applied to inspection of equipment subject to the risk map of the equipment or unit, and those where it is not possible to use only the methodology, it may be applied along with conventional inspection providing important information on the status of the equipment, thereby improving the reliability of planning maintenance shutdown and lower costs.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2016. / Made available in DSpace on 2017-08-08T04:04:18Z (GMT). No. of bitstreams: 1 345603.pdf: 9039933 bytes, checksum: 15676c27bb4320465e064d085b0d0e03 (MD5) Previous issue date: 2016 / Com importantes aplicações nos mais diversos setores industriais, os materiais compósitos têm encontrado sua aplicação também na indústria petroquímica. A fabricação de tubos e componentes de tubulação, bem como, a utilização de material compósito em reparos de estruturas metálicas são, atualmente, as aplicações mais difundidas neste setor. Defeitos na fase de montagem de tubulações de compósito e na aplicação dos reparos em campo são predominantes no histórico de falhas destes materiais na indústria do petróleo e gás. Neste contexto, torna-se imprescindível o desenvolvimento de equipamentos e métodos capazes de inspecionar estas estruturas de compósito. A prática da inspeção contribui para minimizar a probabilidade de ocorrência de danos causados por um eventual colapso nas tubulações das instalações petroquímicas. Este trabalho apresenta o desenvolvimento de um sistema de inspeção capaz de avaliar tanto a qualidade de reparos compósitos aplicados em tubulações metálicas com trincas, ranhuras ou degradadas pela ação de corrosão, como também a qualidade de adesão de juntas tipo ponta e bolsa em tubulações de compósito. Um sistema modular com múltiplos sensores a laser, utilizando a técnica interferométrica shearografia, foi projetado e fabricado. Os resultados deste trabalho mostram que é possível inspecionar, de forma rápida e em uma única etapa, toda região perimetral de uma junta adesivada ou de um reparo de compósito. O método de inspeção proposto é não destrutivo e pode ser executado durante a operação da linha, sem impacto na sua produção. Experimentos aprofundados, com diferentes módulos do equipamento, permitiram avaliar de forma criteriosa o desempenho do sistema visando a sua aplicação em campo e o aumento da segurança deste setor industrial.<br> / Abstract : Composite materials are widely applied in several industrial sectors, including the oil and gas industry. The use of fiber reinforced plastic pipes and fittings as well as the use of composite material to protect or repair corroded metal structures and parts are currently the most widespread applications in this sector. In the oil and gas industry, defects in composite materials can arise during the pipe assembly stage and the application of the repairs in field. In this context, it is essential to develop equipment and methods to inspect these composite structures. The practice of inspection helps to minimize the probability of damage occurrence caused by a possible collapse in the pipelines or other parts of petrochemical plants. This work presents the development and evaluation of an inspection system able to assess both the quality of composite repairs applied to metal pipes degraded by corrosion, as the quality of adhesion of composite bell-and-spigot joints. A modular system with multiple laser sensors using shearography, an interferometric optical technique, was designed and manufactured. The results of this study show that it is possible to inspect, quickly and in one step, the entire perimeter of a bonded joint or a composite repair. The proposed inspection method is non-destructive and may be performed during line operation without impact on production. Careful experiments with different equipment modules have been carried out to evaluate the system performance, aiming its application in field and the safety increasing in the oil and gas industry.