[pt] Apresenta-se uma metodologia de análise numérica para dutos enterrados usados no transporte de petróleo e gás, considerando não-linearidades geométricas e não linearidades de material baseada na formulação Lagrangeana Total. Emprega-se uma modelagem com base em uma discretização com elementos especiais de viga. As equações de equilíbrio são formuladas a partir do principio dos trabalhos virtuais, segundo as componentes de tensão e deformação no elemento viga-duto, com emprego da técnica do Módulo Reduzido de Integração Direta (RMDI), na qual incorpora-se o comportamento plástico do material. Esta técnica exclui da análise os efeitos da flambagem local nas paredes do duto. As matrizes para resolução por elementos finitos destas equações são derivadas. Incorporam- se, nesta metodologia os efeitos de pressão interna constante no duto assim como a interação solo-duto através da modelagem do solo por meio de molas elasto-plásticas verticais e horizontais. Na modelagem desenvolvida as cargas distribuídas são consideradas como constantes no sistema global de eixos. Desenvolve-se um programa para computador segundo a metodologia apresentada. São estudados alguns exemplos com o objetivo de avaliar numericamente os resultados de análise obtidos e formular algumas conclusões sobre o comportamento de dutos enterrados. / [en] This work presents a numerical methodology for the analysis of buried pipes employed by the transport of oil and gas. Both geometric and material nonlinearities are considered in a total Lagrangean formulation. A special type of beam element is employed in the finite element discretization. The equilibrium equations are formulated based on the virtual work principle considering the stress and deformation components of the beam-pipe element. The Reduced Modulus Direct Integration (RMDI) technique is employed through which the plastic material behavior is incorporated. This technique excludes from the analysis the local buckling effects of the pipe walls. The corresponding finite element matrices for this element are obtained. In this methodology the effects of the constant internal pressure as well as the soil-pipe interaction by means of elastic-plastic uplift, bearing and longitudinal springs are included. Distributed loads are considered constant with respect to the global axis. A computer code is developed according to the methodology presented. Some examples are studied with the objective to evaluate numerically the analysis results and to formulate some conclusions to the behavior of buried pipes.

Submitted by Cleide Dantas (cleidedantas@ufpa.br) on 2014-04-07T16:17:44Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 23898 bytes, checksum: e363e809996cf46ada20da1accfcd9c7 (MD5) Dissertacao_AnaliseVelocidadeCritica.pdf: 2097878 bytes, checksum: 2379c01cbe0eb00a0164f0ad3cb23583 (MD5) / Approved for entry into archive by Ana Rosa Silva (arosa@ufpa.br) on 2014-06-16T14:57:50Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 23898 bytes, checksum: e363e809996cf46ada20da1accfcd9c7 (MD5) Dissertacao_AnaliseVelocidadeCritica.pdf: 2097878 bytes, checksum: 2379c01cbe0eb00a0164f0ad3cb23583 (MD5) / Made available in DSpace on 2014-06-16T14:57:50Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 23898 bytes, checksum: e363e809996cf46ada20da1accfcd9c7 (MD5) Dissertacao_AnaliseVelocidadeCritica.pdf: 2097878 bytes, checksum: 2379c01cbe0eb00a0164f0ad3cb23583 (MD5) Previous issue date: 2009 / A indústria mineral representa um grande estimulador da economia do estado, e como destaque nessa indústria podemos mencionar o setor do beneficiamento de Caulim. As soluções dos problemas relacionados a essa atividade mostram-se como uma oportunidade rara de interação universidade-indústria, além de ser um campo fértil para o desenvolvimento científico. Um ponto importante a ser estudado trata do escoamento da suspensão de caulim em dutos e equipamentos relacionados; problemas como incrustação e calculo da perda de carga não foram ainda resolvidos de forma definitiva pela indústria. Nesse contexto o presente trabalho se dispõe a desenvolver uma metodologia para o cálculo dos parâmetros de escoamento principalmente da velocidade mínima necessária para que as partículas em suspensão não depositem no interior dos dutos. Assim o objetivo macro desta dissertação reside em analisar através da implementação de metodologia, o cálculo da velocidade de deposição durante o escoamento de polpas de caulim com diferentes frações mássicas (% em peso de sólidos) no interior de dutos circulares; a partir do estudo reológico de amostras obtidas no seu processo de beneficiamento; propiciando assim, subsídio teórico aos técnicos e Engenheiros que desejam dimensionar um sistema de bombeamento aplicado a polpas de caulim; minimizando seus problemas de sub e superdimensionamento, que acarreta a deposição do material, causando danos à produção e meio ambiente, visto que se fará necessário à abertura da tubulação para remoção dos depósitos oriundos da baixa velocidade. / The mineral industry represents a great economy state stimulator, and we can have as that industry highlights the kaolin beneficiation sector. The problem solutions related to that activity is a great opportunity to interact university and industry, besides that it’s a very fertile area to scientific development. A important point to be studied is the kaolin slurry flow inside pipelines and related equipments; problems as incrustation and pipeline pressure drop calculations weren’t still definitely resolved by the industry. In this context the present work consists in develop a methodology to calculate the flow parameters principally the necessary minimum velocity for the suspended particles do not deposit into the pipe. So the main purpose of this dissertation is to analyze, through the methodology implementation, the deposition velocity calculation during the slurry kaolin flow with different mass fraction (% in solid weight) into circular pipelines; from rheological studies done with samples taken from the beneficiation process; there by providing knowledge to the technicians and engineers that desire to design a slurry kaolin pump system; minimizing their problems with sub or super dimensioning, causing material deposition what represents production and environment hazardous whereas it will be necessary to open the pipeline to remove the material deposited due to the low flow velocity.

Made available in DSpace on 2014-12-17T15:48:08Z (GMT). No. of bitstreams: 1 HerbertMD.pdf: 1096047 bytes, checksum: 6cf0c7d90914e2c3fd03f494b71cfa3a (MD5) Previous issue date: 2006-11-16 / This work consists on the study of two important problems arising from the operations of petroleum and natural gas industries. The first problem the pipe dimensioning problem on constrained gas distribution networks consists in finding the least cost combination of diameters from a discrete set of commercially available ones for the pipes of a given gas network, such that it respects minimum pressure requirements at each demand node and upstream pipe conditions. On its turn, the second problem the piston pump unit routing problem comes from the need of defining the piston pump unit routes for visiting a number of non-emergent wells in on-shore fields, i.e., wells which don t have enough pressure to make the oil emerge to surface. The periodic version of this problem takes into account the wells re-filling equation to provide a more accurate planning in the long term. Besides the mathematical formulation of both problems, an exact algorithm and a taboo search were developed for the solution of the first problem and a theoretical limit and a ProtoGene transgenetic algorithm were developed for the solution of the second problem. The main concepts of the metaheuristics are presented along with the details of their application to the cited problems. The obtained results for both applications are promising when compared to theoretical limits and alternate solutions, either relative to the quality of the solutions or to associated running time / Este trabalho consiste do estudo de dois importantes problemas oriundos das opera??es das ind?strias de petr?leo e g?s natural. O primeiro problema do dimensionamento de dutos em uma rede urbana de distribui??o de g?s natural consiste em encontrar a combina??o de di?metros de menor custo, a partir de um conjunto de op??es comercialmente dispon?veis, para os dutos de uma dada rede de distribui??o de g?s, de forma a respeitar requisitos de press?o m?nima em cada n? de demanda e condi??es de upstream. Por sua vez, o segundo problema do roteamento da unidade m?vel do pistoneio decorre da necessidade de se definir as rotas de visita??o da dita unidade m?vel do pistoneio aos diversos po?os n?o surgentes do campo de explora??o, ou seja, po?os que n?o possuem press?o suficiente para fazer o ?leo emergir ? superf?cie. A vers?o peri?dica do problema leva em considera??o a equa??o de re-enchimento dos po?os, de forma a possibilitar um planejamento mais acurado num horizonte de tempo maior. Al?m da formula??o matem?tica dos dois problemas, para a solu??o do primeiro foram desenvolvidos um algoritmo exato e uma busca tabu e para o segundo, um limite superior e um algoritmo transgen?tico ProtoGene. Os principais conceitos das metaheur?sticas s?o apresentados, juntamente com os detalhes da aplica??o destas aos problemas citados. Os resultados obtidos para ambas as aplica??es s?o promissores quando comparados com limites te?ricos e solu??es alternativas, tanto relativamente ? qualidade das solu??es como ao tempo computacional envolvido

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

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

Em muitos países e principalmente no Brasil, compostos oxigenados tais como etanol e metil terta-butil-éter (MTBE) têm sido adicionados à gasolina em cerca de 26% do seu volume para aumentar a octanagem do motor e diminuir a emissão de monóxido de carbono e os níveis de ozônio na atmosfera. O derramamento de tais gasolinas, referidas como gasolina oxigenada tem um efeito cosolvente, provocando um aumento da concentração dos hidrocarbonetos na água subterrânea. A taxa de dissolução em água da gasolina oxigenada, que é dependente das propriedades químicas dos compostos orgânicos, determinam o grau e a severidade de contaminação da água subterrânea nas vizinhanças do derramamento. O objetivo do trabalho foi analisar e quantificar o potencial de contaminação da água subterrânea e de solos arenosos residuais dos arenitos da Formação Botucatu por derramamento de gasolina oxigenada. As análises realizadas buscam fornecer dados para a modelagem numérica em casos envolvendo derramamento de gasolina. Ensaios de equilíbrio em lote e de dissolução em colunas foram realizados objetivando a determinação da concentração aquosa de hidrocarbonetos da gasolina em equilíbrio de fases e a avaliação do tempo estimado para total dissolução em água dos hidrocarbonetos da gasolina pura. Ambos os ensaios analisaram também o efeito cosolvente do etanol na mistura. Verificou-se a validade da lei de Raoult e do modelo log-linear na determinação da concentração aquosa da gasolina pura e oxigenada. Em colunas de solos não saturados avaliou-se a difusão na fase vapor dos compostos orgânicos da gasolina em função do tempo. Finalizando as análises, fez-se uma simulação numérica do transporte da gasolina em zonas não saturadas fazendo-se uso do programa R-UNSAT. / In many countries and mainly in Brazil oxygenated compounds such as ethanol and MTBE have been added to gasoline up to 26% to increase the octane level and to reduce carbon monoxide and ozone levels in the air. The spill of such gasolines, referred as oxygenated gasoline has a potential cosolvent effect, resulting in an increased groundwater concentration of hydrocarbons. The rate of oxygenated gasoline dissolution, which is dependent of the chemical properties of the compounds, determines the degree and severity of groundwater contamination in the vicinity of the spill. The goal of this research was to analyze and to quantify the potential of contamination of the groundwater and of the residual sandy soils from Botucatu sandstone due to the spill of oxigenated gasoline. The performed analysis supply data to the numerical model in case of gasoline spills. Laboratory batch and column leaching tests were carried out in order to determine the equilibrium aqueous concentration of the hydrocarbons compounds of gasoline and to evaluate the time scale for aqueous dissolution of the hydrocarbons compounds. Both tests have analyzed the cosolvent effect of ethanol in the mixture. It was verified the validity of the Raoult's law and the log-linear cosolvency model to estimate the solubility of the hydrocarbons compounds from unamended gasoline and from oxygenated gasoline. Column tests with unsaturated undisturbed soil samples were carried out to investigate the vapor-phase diffusion of aromatic hydrocarbons compounds with time. Finally the transport of gasoline in unsaturated zones was simulated with the R-UNSAT model.