Este trabalho investiga o comportamento dúctil de aços microligados classe API utilizado em tubulações na indústria do petróleo, e apresenta um estudo exploratório da aplicação da abordagem local e do modelo micromecânico de células computacionais para modelar a extensão estável de trinca em Modo I de abertura em aço ARBL. Ensaios laboratoriais na temperatura ambiente do aço API 5L X70 (utilizando corpos-de-prova normalizados) fornecem a curva de resistência à fratura (curva-R) do material. Esta curva foi utilizada para calibrar os parâmetros micromecânicos de células computacionais empregados no modelo. Este modelo foi utilizado para prever a pressão de colapso de dutos de paredes finas utilizados no transporte de gás, que apresentam defeitos longitudinais de diferentes razões entre profundidade de trinca e espessura de parede (a/t). As análises numéricas realizadas demonstram a capacidade da metodologia de células computacionais 2D em simular o rasgamento dúctil e o crescimento estável de trincas em corpos-de-prova de mecânica da fratura, assim como prever a pressão de colapso de estruturas tubulares contendo defeitos (trincas). / This study presents the experimental investigation of the ductile behaviour of microalloyed pipeline steel. Additionally, it extends the computational cell methodology to model Mode I crack extension in a high strength low alloy HSLA steel. Laboratory testing of an API 5L X70 steel at room temperature using standard, deep crack C(T) specimens provides the crack growth resistance curve to calibrate the micromechanics cell parameters for the material. The cell model incorporating the calibrated material-specific parameters is then applied to predict the burst pressure of a thin-walled gas pipeline containing longitudinal cracks with varying crack depth to thickness ratios (a/t). The numerical analyses demonstrate the capability of the computational cell approach to simulate ductile crack growth in fracture specimens and to predict the burst pressure of thin-walled tubular structures containing crack-like defects.

Made available in DSpace on 2014-12-17T15:41:46Z (GMT). No. of bitstreams: 1 CaioPSSpdf.pdf: 3119135 bytes, checksum: 46f81d35762fa5844ea534c57d40d0b2 (MD5) Previous issue date: 2008-07-28 / Coordena??o de Aperfei?oamento de Pessoal de N?vel Superior / The quantitative chemical characterization of the inorganic fraction of scale products is very relevant in studying, monitoring and controlling corrosive processes of oil pipelines. The X-ray fluorescence spectrometry (XRF) is a very versatile analytical technique, which can be used in quantitative analysis in solid samples at low concentrations of the chemical element, in the order of few ppm. A methodology that involves sample preparation diluted in the proportion of 1:7 (one portion of the sample for seven of wax), pressed as pellets was used in the XRF calibration for chemical analysis of scale products from oil pipelines. The calibration involved the preparation of reference samples from mixtures of P.A. reagents, aiming to optimize the time consumed in the steps of sample preparation and analysis of Al, Ba, Ca, Fe, K, Mg, Mn, Na, P, S, Si, Sr and Ti, using the same pressed pellet for trace and major elements analysis / A caracteriza??o qu?mica quantitativa da fra??o inorg?nica de produtos de incrusta??o ? de grande relev?ncia no estudo, monitoramento e controle de processos corrosivos em dutos de petr?leo. A espectrometria por fluoresc?ncia de raios X (EFRX) ? uma t?cnica anal?tica muito vers?til, que pode ser utilizada na obten??o de resultados quantitativos de amostras s?lidas em baixas concentra??es do elemento qu?mico, da ordem de alguns ppm. Uma metodologia de prepara??o de amostras dilu?das na propor??o de 1:7 (uma por??o de amostra para sete de cera), posteriormente prensadas na forma de pastilhas foi utilizada na calibra??o do EFRX para an?lise de produtos de incrusta??o de dutos de petr?leo. O processo de calibra??o envolveu a confec??o de amostras de refer?ncia a partir de misturas de reagentes P.A., onde se buscou a otimiza??o do tempo envolvido nas etapas de prepara??o de amostras e an?lise dos elementos Al, Ba, Ca, Fe, K, Mg, Mn, Na, P, S, Si, Sr e Ti, utilizando-se as mesmas pastilhas para dosagem de elementos tra?os e maiores

Este trabalho apresenta um procedimento de avaliação para a determinação da Integral J e do CTOD para dutos com trincas circunferenciais em sua superfície externa e interna submetidos à flexão pura para uma ampla faixa de geometrias de trinca e propriedades (encruamento) de material baseados em soluções das componentes plásticas de J e CTOD. Uma descrição da metodologia sobre a qual J e CTOD são determinados estabelece o contexto necessário para a determinação das funções adimensionais h1 e h2 aplicáveis a uma grande faixa de geometrias de trinca e propriedades de material características de aços estruturais para a construção de dutos e vasos de pressão. As extensivas análises numéricas não-lineares 3-D fornecem um conjunto completo de soluções para J e CTOD, os quais entram diretamente em procedimentos avançados para a avaliação de defeitos em dutos e cilindros submetidos à flexão. Este estudo também examina uma comparação exploratória entre os resultados do procedimento proposto e os resultados de análises numéricas por elementos finitos de dutos com trincas superficiais submetidos ao processo de enrolamento. / This work provides an estimation procedure to determine the J-integral and CTOD for pipes with circumferential surface cracks subjected to bending load for a wide range of crack geometries and material (hardening) based upon fully-plastic solutions. A summary of the methodology upon which J and CTOD are derived sets the necessary framework to determine nondimensional functions h1 and h2 applicable to a wide range of crack geometries and material properties characteristic of structural, pressure vessel and pipeline steels. The extensive nonlinear, 3-D numerical analyses provide a definite full set of solutions for J and CTOD which enters directly into fitness-for service (FFS) analyses and defect assessment procedures of cracked pipes and cylinders subjected to bending load. The study also examines an exploratory comparison between the resulting fully-plastic solutions and finite element analyses of circumferentially cracked pipes subjected to reeling.

[pt] Consideramos dois problemas de otimização combinatória: o problema de transporte em redes de dutos (PTD) e o problema de busca com custos de acesso variados (PBC). No PTD, é dado um grafo orientado G = (N,A) onde cada arco tem um duto associado. Também é dado um conjunto de bateladas, onde cada batelada está inicialmente em um nó ou arco do grafo e tem um nó de destino. Algumas bateladas são chamadas de proteláveis. O objetivo do PTD é encontrar uma sequência de operações que transporte todas as bateladas não-proteláveis aos seus respectivos nós de destino. Primeiro, demonstramos o PTD é NP-difícil, mesmo que o grafo G seja acíclico. Em seguida, apresentamos um algoritmo polinomial chamado de BPA. Este algoritmo resolve o PTDS, uma variação do PTD, para qualquer grafo G. Para grafos acíclicos, o BPA minimiza uma função de custo genérica. Para minimizar o makespan no PTDS, demonstramos que não existe algoritmo polinomial n1-e - aproximado para nenhum E>0, a menos que P = NP, onde n é o tamanho da instância. Este resultado também vale se G é acíclico e planar. No PBC, são dados um vetor ordenado e o custo de acessar cada um de seus n elementos. O objetivo do problema é encontrar uma estratégia de busca que minimize o custo médio com probabilidades uniformes (PBCM) ou o custo do pior caso (PBCN). Em ambos os casos, o melhor algoritmo exato conhecido executa em tempo O(n3) e espaço O(n2). Para o PBCN, apresentamos o algoritmo da razão, que executa em tempo O(n2) e espaço O(n). Este algoritmo sempre obtém uma solução de custo menor ou igual a 41n(n+1)/n, assumindo que a soma dos custos é 1. Além disso, desenvolvemos dois algoritmos aproximados: um para o PBCM e outro para o PBPC. Ambos constroem soluções (2+E+0(1)) - aproximadas, para qualquer E>0, em tempo e espaço O(n). / [en] We consider two combinatorial optimization problems the pipeline transportation problem (PTD) and the problem of searching with different access costs (PBC). In PTD, we are given a directed graph G = (N,A) where each arc corresponds to a pipeline. We are also given a set of batches, each batch being initially located at an arc or node and having a destination node. A subset of these batches are considered as further batches. Our aim is to find a sequence of pipeline operations leading all non-further batches to their corresponding destination nodes. First, we show that PDT is NP-hard, even for the case where G is acyclic. Next, we present a polynomial algorithm called BPA. This algorithm solves PTDS, a variation of PTD, for general graphs. For acyclic graphs, BPA also minimizes a general cost function. For the case of makespan minimization for PTDS, we prove that there is no n1-e - approximate algorithm for any E]0, unless P = NP, where n is the instance size. The previous result also holds if G is both ayclic and planar. In PBC, we are given an ordered vector with n elements and the corresponding access costs. Our aim is to find a search strategy that minimizes either the average cost (PBPC). In both cases, the best known exact algorithm requires in O(n3) time and O(n2) space. For PBCM, we present the ratio algorithm, that requires O(n2) time and O(n3)space. This algorithm always obtains a search strategy with average cost at most 41n(n+1)/n, assuming the sum of all access costs to be 1. Furthermore, we introduce approximation algorithms for both PBCM and PBPC. Both of them give (2+E+0(1)) - approximate solutions, for any E}0, in O(n) time and space.

[pt] Este trabalho apresenta o desenvolvimento de um sensor inovador combinando três técnicas de inspeção utilizadas nos Pigs Instrumentados Geométrico e Magnético, para a detecção e caracterização de defeitos na geometria em tubulações de aço. O sensor GMD, Geométrico Magnético Discriminador, faz a leitura magnética do duto através da técnica de campo de fuga magnético, com a adição da leitura geométrica além da discriminação de defeitos internos de externos. A combinação dessas três tecnologias habilita a construção de uma ferramenta de inspeção de alta resolução compacta e capaz de identificar e quantificar, com apenas uma coroa de sensores, amassamentos, perdas de espessura e além da sua combinação. Este estudo se apresenta em um momento oportuno, já que a Integração de dados é o ponto fundamental da recente norma de gerenciamento de ricos em dutos, API 1160, na qual combinando os resultados das inspeções de geometria e corrosão, tem-se uma melhor avaliação de risco. Testes foram realizados utilizando um PIG Plano com corpos de prova contendo defeitos variados. Os resultados verificaram que o sensor GMD quantifica e discrimina amassamentos com perda de espessura. Aspectos técnicos do desenvolvimento como os detalhes construtivos do sensor, testes de avaliação a resultados de laboratório são apresentados. / [en] This thesis presents the development of an innovative sensor head for detection and characterization of geometric defects in steel pipes that combines three inspection techniques usually employed separately in Caliper and Magnetic Flux Leakage (MFL) PIGs. The novel Geometric Magnetic Discriminator (GMD) sensor performs high- resolution magnetic pipeline readings using MFL with the addition of internal pipe geometry evaluations and discrimination between internal and external defects. The combination of these technologies in a single sensor facilitates characterization of dents and corrosions, while at the same time optimizing the PIG set-up. According to the repair criteria in the standard API1160, combined defects such as a dent with metal loss, which in the past could only be detected through combined data of two different runs (MFL+ Caliper), must be repaired immediately. The GMD sensor was tested in a linear test rig, known as Flat Pig, and data were taken from different defect sets. Evaluation tests demonstrated that the GMD sensor sizes and discriminates a dent with metal loss. Technical aspects of the development, e.g.: the construction details of the sensor, evaluation tests and laboratory results are presented.

Orientador: Paulina Setti Riedel / Banca: Cláudia Maria de Almeida / Banca: Maria Lúcia Marques / Resumo: A obtenção de informação sobre as condições da rede dutoviária representa papel primordial na operação dos dutos, não só com o propósito de manter a eficiência operacional, mas também, para a minimização dos riscos associados a possíveis acidentes, tanto decorrentes dos processos naturais quanto de causas antrópicas relacionadas ao uso e cobertura da terra. Neste sentido, o emprego de modelos matemáticos em estudos ambientais gera importantes contribuições científicas ao planejamento ordenado de uma área, uma vez que ajudam a entender o impacto das mudanças no uso e cobertura da terra e a prever alterações futuras nos ecossistemas. A área de estudo compreende porções dos municípios de Duque de Caxias, Belford Roxo e Nova Iguaçu e tem por objetivo realizar experimentos de mudanças da cobertura da terra em médio prazo (10 anos) para a faixa de dutos ORBEL. A modelagem realizada neste trabalho foi desenvolvida no software Dinamica-EGO, utilizando como entrada mapas classificados de cobertura da terra, obtidos através de imagens do satélite Landsat 5/TM, e variáveis espaciais para explicar as mudanças ocorridas na cobertura da terra. Para a calibração do modelo, utilizou-se o método de pesos de evidência, disponível no Dinamica-EGO, primeiramente categorizando-se os mapas de variáveis contínuas e, posteriormente, calculando-se os pesos de evidência. Valores positivos favorecem determinada transição, enquanto valores negativos indicam baixa probabilidade de transição, e valores próximos a zero não exercem efeito. A validação do modelo se deu pelo método de similaridade fuzzy, com decaimento exponencial. Os resultados mostram que, para os dois períodos analisados (1987-1998 e 1998-2010), a taxa de mudança para a transição "vegetação arbórea para outros" é bem maior do que para... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: Reliable information about conditions of pipeline network represents a major role in the operation of pipelines, not only in order to maintain operational efficiency, but also to minimize the risks associated with possible accidents such as rupture of the ducts due to landslides or mudslides mass block, causing damage to humans and the environment. The use of mathematical models in environmental studies allows significant scientific contributions to the physical planning of an area, since they help to understand the impact of changes in land use and land cover and predict future trends of changes in ecosystems. The study area includes portions of the municipalities of Duque de Caxias, Nova Iguaçu, and Belford Roxo and aims to carry out experiments in land-cover changes in the medium-term (10 years) within the catchment area of ORBEL pipelines. The modeling performed in this work was developed using the software Dinamica-EGO, using as input classified land cover maps obtained from Landsat 5/TM satellite images as well as spatial variables to explain the observed changes in land cover. For the model calibration, we used the method of weights of evidence that is available at Dinamica-EGO. Initially, the maps of continuous variables were categorized according to discrete ranges, which were then employed for the calculation of the respective positive weights of evidence. Positive values foster certain transitions, while negative values indicate low probability of transition, and values close to zero have no effect on changes. Model validation was executed by means of the fuzzy similarity method using exponential decay. The results show that for the two study periods (1987-1998 and 1998-2010) the rate of change for the transition 'others to woody vegetation' is much higher than for the other transitions observed in the same... (Complete abstract click electronic access below) / Mestre

[pt] Neste trabalho são apresentados conceitos usados na avaliação da confiabilidade estrutural com o objetivo de calcular a probabilidade de falha de uma estrutura enquanto ela atende aos fins para os quais foi projetada durante sua vida útil. Uma metodologia de análise de confiabilidade estrutural foi desenvolvida, tendo como foco os dutos de transporte de óleo e gás natural, embora possa ser aplicada a diferentes equipamentos. A metodologia permite o acoplamento de diferentes eventos que possam ocorrer na vida de uma estrutura. Entende-se por eventos a aparição de defeitos por diferentes vias: processos corrosivos, danos por terceiros, operações incorretas, etc., ou, eventos relacionados à inspeção da estrutura, duto ou equipamento. Cada evento é descrito por uma função de estado limite do tipo capacidade x demanda. O acoplamento desses estados limites é dado pela união ou interseção deles (sistemas em série, paralelo, ou combinação deles). A análise é reduzida ao cálculo da confiabilidade de um sistema, cuja solução é feita usando a função padrão multinormal e os métodos de primeira ordem FORM, para o cálculo da probabilidade de falha de cada estado limite, e os métodos do produto das probabilidades condicionais PCM e I-PCM, para o cálculo da probabilidade de falha do sistema através da integral multinormal. As informações obtidas dos resultados desta metodologia podem ser úteis na geração de planos de inspeção, análises preditivas e análises de risco, para contribuir na tomada de decisões sobre prazos e técnicas de inspeção a serem empregadas. A metodologia mencionada acima pode ser implementada em um programa de gerenciamento de confiabilidade estrutural, o qual deve ser capaz de acoplar todos os eventos, os dados conhecidos, as incertezas próprias dos dados e as novas informações ao longo da vida útil de uma estrutura. / [en] This work presents concepts used in the assessment of structural reliability in order to calculate the probability of failure of a structure as it serves the purposes for which it was designed during their lifetime. A methodology for structural reliability analysis has been developed for the pipeline transportation of oil and natural gas, although, this methodology can be applied to different equipment. The methodology allows the coupling of different events that may occur in the life of a structure. The events can be understood as defects by corrosion, damage by third parties, incorrect operations, etc. or events related to inspection of the structure, pipeline or equipment. Each event is described by a limit state function of the type capacity vs. demand. The coupling of these states limit is given by the union or intersection of these (series systems, parallel systems, or combination of them). The analysis is reduced to system reliability computation and the solution is reached using the integration of the standard multinormal function and first order reliability methods- FORM to calculate the probability of failure of system. The multinormal integral is computation using the product of conditional marginal method-PCM and the improvement of PCM method. The results obtained of this methodology may be useful in the generation of inspection plans and in predictive and risk analysis. The methodology described can be implemented in a structural reliability management program. The program should be able to coupling all events that occur in the lifetime of a pipeline or structure.

[pt] O transporte de petróleo e de seus derivados através do modal dutoviário é bastante comum na indústria petrolífera. O Oleoduto do Recôncavo-Sul da Bahia (ORSUB) é um poliduto que transporta diesel, gasolina e GLP do Terminal de Madre de Deus até os terminais de Jequié e Itabuna. Esses produtos são inseridos no poliduto em forma de bateladas sequênciais, o que gera as interfaces entre os produtos. Essas interfaces são segregadas e armazenadas em tanques exclusivos. A Agência Nacional de Petróleo ao longo do tempo vem restringindo cada vez mais as especificações dos produtos derivados do petróleo comercializados no país. Com isto, há a tendência natural do aumento das interfaces entre os produtos movimentados no poliduto, para a garantia de que estes atendam a legislação vigente. Estudos demonstram que os custos provenientes da geração de interfaces são altos e constituem um item importante na composição dos custos variáveis do modal dutoviário. Deste modo, reduzir o tamanho destas interfaces deve sempre ser um dos objetivos que o operador logístico responsável pela movimentação no duto deve buscar. Nesta pesquisa foram estudadas as interfaces geradas entre a gasolina e o GLP no ORSUB. Foi utilizado o software ConBate para a estimativa do tamanho da interface e o simulador de processos Petrox, para estimar a qualidade da interface. Com estas duas ferramentas desenvolvidas pelo Centro de Pesquisa da Petrobras (Cenpes) foram comparadas os tamanhos das interfaces geradas nas operações reais, com os tamanhos das interfaces ideais. / [en] The transportation of oil and its derivatives through modal pipeline is quite common in the oil industry. The pipeline Recôncavo-Sul Bahia (ORSUB) is an oil pipeline that transports gas oil, gasoline and LPG from Terminal Madre de Deus to the terminals Jequié and Itabuna. These products are inserted into the oil pipeline in the form of batches, which generates the interfaces (transmix) between products. These transmix are segregated and stored in dedicated tanks. Over time, The National Petroleum Agency (ANP) is increasingly restricting the specifications of petroleum products sold in the country. With this, there is the natural tendency of increased interfaces between the products moved in pipeline, to ensure that they meet current legislation. Studies show that the costs arising from the generation of interfaces are high and constitute an important item in the cost composition variables modal pipeline. Thus, reducing the size of these interfaces should always be a goal that the logistics operator responsible for moving the product should look. In this research we studied the interfaces generated between gasoline and LPG in ORSUB. ConBate software was used to estimate the size of the interface and process simulator Petrox to estimate the quality of transmix. With these two tools sizes of the interfaces generated in actual operations and the sizes of the interfaces ideal were compared.

Submitted by Maria Medeiros (maria.dilva1@ufcg.edu.br) on 2018-11-05T12:39:57Z No. of bitstreams: 1 GENILDO RIBEIRO DO NASCIMENTO - TESE (PPGEP) 2011.pdf: 15030089 bytes, checksum: e81e7db2dc5710f5ef448ea2e4b1e612 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-11-05T12:39:57Z (GMT). No. of bitstreams: 1 GENILDO RIBEIRO DO NASCIMENTO - TESE (PPGEP) 2011.pdf: 15030089 bytes, checksum: e81e7db2dc5710f5ef448ea2e4b1e612 (MD5) Previous issue date: 2011-08-24 / Este trabalho apresenta um estudo teórico sobre escoamento multifásico (gás-óleo pesado-água) em dutos flexíveis que tem uso em diversas aplicações da indústria petrolífera e não petrolífera. As equações governantes são baseadas no modelo multifluido Euleriano-Euleriano não-homogêneo, considerando o escoamento tridimensional em regime permanente laminar e não-isotérmico. As simulações foram efetuadas usando-se o código computacional CFX-3D. Os resultados das distribuições de velocidade, pressão, fração volumétrica e temperatura ao longo do duto são apresentadas e analisadas. Verificou-se que a curvatura do duto e a fração volumétrica das fases presentes têm forte influência na hidrodinâmica do escoamento. Fez-se uma avaliação da região onde pode ocorrer precipitação de parafina e os resultados obtidos são consistentes fisicamente e permitem um melhor conhecimento acerca do escoamento multifásico (água, óleo pesado e gás). / This work presents a theoretical study on multiphase flow (gas-heavy oil-water) in flexible pipe which is used in many applications of petroleum industry and others industries. The governing equations are based on Eulerian-Eulerian multifluid model and non-omogeneous, by considering the steady non-isothermal laminar flow. The simulations were performed using the computer code CFX-3D. Results of the velocity, pressure, volume fraction and temperature distributions along the pipeline are presented and analyzed. It was verified that the curvature of the pipe and the volumetric fraction of the phases has large influence in the hydrodynamic of flow. An evaluation of paraffin precipitation and the results are consistent physically and allow a better knowledge of multiphase flow (water, heavy oil, gas).

A integridade de dutos ganha importância à medida em que o desenvolvimento da indústria expande a malha para transportar líquidos e gases num contexto de aumento das exigências ambientais. Um importante aliado para manutenção da integridade de dutos são reparos de materiais compósitos. Estes materiais apresentam baixa densidade, capacidade de direcionar resistência de acordo com as direções das solicitações, execução de reparo a frio sem necessidade de interromper produção ou grande maquinário. Este trabalho tem como objetivo desenvolver e implementar um algoritmo de elementos finitos que permita avaliar os esforços e a resistência das paredes de um tubos fabricados ou reparados com laminados de material compósito carregados com pressão interna. Entre as vantagens de desenvolver um programa tem-se: agilidade de avaliação, menor custo com licença, menores exigências computacionais, possibilidade de desenvolver o programa e o melhor entendimento da modelagem dos fenômenos. Utiliza-se como entrada do programa o diâmetro do duto, pressão interna e parâmetros do laminado. A modelagem em elementos finitos é realizada a partir da teoria clássica de laminados. Aplicando o carregamento resultante da pressão interna, determina-se os deslocamentos e são calculadas as tensões e aplicado o critério de falha de Tsai-Hill em cada camada. Estudos experimentais e numéricos encontrados na literatura foram simulados com o programa gerado e os resultados para propriedades do laminado, tensões nos dutos e pressão de ruptura apresentam concordância com os resultados da literatura.O programa ainda tem sua estrutura modificada para encontrar a pressão de falha a partir dos dados do laminado. O programa implementado permite uma avaliação rápida de resistência do reparo e possibilita avaliar rapidamente a resposta a mudanças nos parâmetros de projeto do laminado. / Nowadays the integrity of pipelines gets even more important as a result of the industry growth and strong enviromental requirements. An important ally in the maintenance of the integrity is the repair with composite materials. These materials have low specific gravity, repair can be done at low temperatures and they can orientate the main resistence according to the load. The goal of this work is to develop and inplement an algorithm that allows the assessment of loads and strength in the pipes loaded with internal pressure manufactured or repaired with composite laminates using the finite element method. Among the advantages of the own software development there are agility for the assessment , lower cost with software licence, lower computational demands, possibility of developing the software and a better understanding of the modeling of the fenomena. The inputs of the software are the diameter of the pipe, internal pressure and parameters of the composite laminate. The finite element analysis is constructed according to the classical laminate theory. After the loads resulting of the internal pressure are applied, the displacements are calculated and then the stresses and Tsai-Hill failure criteria are determined for each layer. Experimental and numerical studies were simulated with the developed software and the results for the laminae properties, pipe stress and the failure pressure are in agreement with the results found in the review. The software is modified in order to end the failure pressure to show the versatility of the algorithm. We conclude that the algorithm allows a fast assessment of the strenght of pipeline repair and the changes in the answer of the pipe when the repair parameters are changed.