[pt] A formulação híbrida de raios e modos é apresentada e aplicada ao cálculo da intensidade de campo em dutos troposféricos. Essa formulação foi desenvolvida para suprir deficiência das técnicas tradicionais, que utilizam apenas modos ou apenas raios nos cálculos de campo. Partindo de um modelo cilíndrico da troposfera, é mostrada a equivalência entre este problema, e o de Terra plana, com variação linear da refratividade. Isso permite a aplicação imediata das formulações geradas para uma geometria cilíndrica a alguns tipos de perfis reais obtidos de medidas. Apresenta-se, então, comparações entre os resultados teóricos e as medidas. / [en] The hybrid formulation of rays and modes is presented and applied to evaluate field intesities in tropospheric ducts. This formulation was developed to evercome some inefficiencies in the traditional techniques that used only modes or only rays in field calculations. Starting from a cylindrical model of the troposphere, the equivalence between this situation and a flat-earth model with linear M-profile is then shown. This allows the direct application of the formulations developed for the cylindrical geometry to some measured profiles. Finally, some comparisons are shown between theoretical and experimental results.

[pt] O modelo de duas equações K-E, largamente empregado na análise de escoamentos turbulentos, não é capaz de adequedamente modelar problemas que envolvam escoamentos secundários e com rotação em dutos, descolamento de camada-limite e outras situações em que a anisotropia inerente ao escoamento turbulento necessite ser levada em conta. Modelos mais complexos, que consideram esta anisotropia - os chamados modelos de tensões de Reynolds - são utilizados no intuito de produzir resultados numéricos mais próximos daqueles obtidos experimentalmente. O problema geometricamente simples, o escoamento turbulento hidrodinamicamente desenvolvido em um duto de seção quadrática, no qual a ocorrência de escoamentos secundários foi constatada experimentalmente e documentada por diversos autores, foi modelado e resolvido através do Método dos Volumes Finitos. Inicialmente, o modelo k-e foi emplementado, mostrando-se incapaz de prever, devido a sua natureza isotrópica, o escoamento secundário numa seção transversal de duto. Em seguida, o modelo de tensões de Reynolds foi implementado. A validação deste modelo é obtida comparando-se os resultados numéricos obtidos a resultados experimentais e numéricos encontrados bibliografia. / [en] The two-equation k-e model, widely employed in the analysis of turbulent flows, is not capable of adequately modelling problems involving secondary and swirling flows in ducts, boudary-layer detachment and other situations in which the inherent anisotropy of turbulent flows must be taken into account. More complex models, that take this anisotropy into account - the so-called Reynolds-stress models - are employed with the purpose of producing numerical results closer to those obtained experimentally. A geometrically simple problem, the turbulent flow in a duct with a square cross-section, in which the presence of secondary flows was observed experimentally and documentd by several authors, was modelletd and resolved using the Finite Volume Method. Initially, the k-e model was implemtend, being proven not capable of predicting, due to its isotropic nature, the secondary flows in a duct cross-section. The Reynolds-stress model was then implemented. The validation of this model is obtained through comparison of the numerical resuls to experimental and numerical results found in the bibliography.

[pt] Este trabalho desenvolveu-se no ambiente das obras de dutos terrestres. Por meio de pesquisa bibliográfica, procurou-se adequar as práticas logísticas usadas em operações militares (logística expedicionária) às atividades de construção e montagem de dutos, em função de não existir, atualmente, um processo de planejamento integrado para as atividades logísticas em obras dessa natureza. Inicialmente, serão apresentados atividades, equipamentos, materiais e mão-de-obra utilizada na construção e montagem de dutos. Em seguida, serão discutidos seus problemas e particularidades logísticas, dos quais pode-se destacar o deslocamento permanente de máquinas , equipamentos, veículos pesados, pessoas, alojamentos, alimentos e energia, por locais sem infra-estrutura de acesso; e o abastecimento dos materiais empregados na obra, dos bens de subsistência , medicamentos, mão-de-obra e combustível para os veículos pesados, entre outros, ao longo da faixa de dutos, durante toda a construção. Serão estudadas as características logísticas de uma operação militar, principalmente no que se refere ao transporte e abastecimento, abertura de vias de acesso em matas fechadas, transposição de rios, subsistência das tropas, logística de saúde, deslocamento de equipamentos e de veículos de apoio. Assim, pretende-se propor o uso de algumas práticas da logística expedicionária nas atividades de construção e montagem de dutos terrestres, a fim de se obter uma estrutura mais enxuta e produtiva. / [en] This work was developed in the context of an onshore pipeline construction. Through a bibliography research, it looked forward to adapt the logistics practices that are used in military operations (expeditionary logistics) to the activities of the construction and assembly of a pipeline. Nowadays there is no integrated planning process for logistics activities for works of this nature. First of all, the activities, equipments, materials and labor that are used in the pipeline construction will be presented. Next, its problems and logistics peculiarities will be discussed, where some aspects can be stand out like the permanent dislocation of machines, equipments, heavy vehicles, people, accommodation, food and energy, to places without access infrastructure; and the supply of materials used in the construction, subsistence goods, medicine, labor and fuel for the heavy vehicles, across the pipeline way, during all the construction. Logistics characteristics of a military operation will be studied, principally when it talk about transportation and supply, opening access roads in closed forests, river transportation, subsistence of the troops, logistic of health, dislocation of equipment and support vehicles. So, it is intended to propose the use of some logistics expeditionary practices in the activities of construction and assembly of an onshore pipeline, in order to obtain a more productive and leaner structure.

Made available in DSpace on 2014-12-17T14:58:23Z (GMT). No. of bitstreams: 1 JarbasSM_DISSERT.pdf: 2192547 bytes, checksum: 650bc570adcbb8b8a6b8e1427b27389d (MD5) Previous issue date: 2013-08-05 / Ensure the integrity of the pipeline network is an extremely important factor in the oil and gas industry. The engineering of pipelines uses sophisticated robotic inspection tools in-line known as instrumented pigs. Several relevant factors difficult the inspection of pipelines, especially in offshore field which uses pipelines with multi-diameters, radii of curvature accentuated, wall thickness of the pipe above the conventional, multi-phase flow and so on. Within this context, appeared a new instrumented Pig, called Feeler PIG, for detection and sizing of thickness loss in pipelines with internal damage. This tool was developed to overcome several limitations that other conventional instrumented pigs have during the inspection. Several factors influence the measurement errors of the pig affecting the reliability of the results. This work shows different operating conditions and provides a test rig for feeler sensors of an inspection pig under different dynamic loads. The results of measurements of the damage type of shoulder and holes in a cyclic flat surface are evaluated, as well as a mathematical model for the sensor response and their errors from the actual behavior / Garantir a integridade da rede de dutos ? um fator de extrema import?ncia na ind?stria de petr?leo e g?s. A engenharia de dutos utiliza sofisticadas ferramentas robotizadas de inspe??o in-line (durante opera??o) conhecidas como pigs instrumentados. V?rios fatores relevantes dificultam a inspe??o de dutos, especialmente em campos offshore onde se utiliza dutos com multi-di?metros, raios de curvatura acentuados, espessura de parede do duto acima do convencional, escoamento multif?sico e etc. Dentro deste contexto, surgiu um novo Pig instrumentado, chamado de Pig perfilom?trico, para detec??o e dimensionamento de perda de espessura em dutos com danos interno. Esta ferramenta foi desenvolvida para superar diversas limita??es que outros pigs instrumentados convencionais t?m durante a inspe??o. Diversos fatores influenciam nos erros de medi??o do pig afetando a confiabilidade dos resultados obtidos. O presente trabalho aponta diferentes condi??es de opera??o e apresenta uma bancada para ensaiar sensores perfilometricos de pig de inspe??o sob diferentes solicita??es din?micas. Os resultados das medi??es dos danos do tipo ressaltos e rebaixos em uma superf?cie plana c?clica s?o avaliados, assim como, um modelo matem?tico para a resposta do sensor e seus erros em rela??o ao comportamento real

[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] A redução de espessura de parede de dutos, causada por corrosão, é um dos defeitos que mais afetam a integridade dos mesmos. Este defeito pode ocorrer no metal base, nas soldas longitudinais e circunferenciais. Com a expansão do número de dutos rígidos instalados no fundo do mar e o avançado tempo de uso, a indústria de petróleo tem desenvolvido diversas ferramentas de reparo desses dutos, sem comprometer a segurança e a perda da produção. O objetivo preliminar desse trabalho foi o estudo e a geração de modelos computacionais, os quais uma vez parametrizados, possam servir como ferramenta para análise de conexões de reparo de dutos submarinos. No decorrer desse estudo, sobre dois tipos de conexões de reparo, foi percebido que o comportamento na falha, descrito pelos modelos numéricos das mesmas, possui detalhes que precisavam ser esclarecidos em complementação ao programa experimental adotado (Alves,1995). Uma fase dessa pesquisa constou o trabalho de laboratório no qual repetiu-se a confecção da mistura de resina epóxi e cimento, segundo as referencias adotadas no programa experimental de Alves e realizaram-se ensaios de compressão em corpos-de-prova cilíndricos moldados com essa mistura visando o levantamento de curva tensão versus deformação e determinação do coeficiente de Poisson. Outra fase dessa pesquisa foi a consulta de diversos outros trabalhos que indicassem o comportamento dessa mistura, quando submetida à compressão. Por fim, foram gerados modelos analíticos e numéricos da conexão de reparo. Seus resultados foram comparados com os resultados obtidos no programa experimental de Alves. Com base nessa comparação foram levantadas as discrepâncias dos resultados, bem como as possíveis causas dessas discrepâncias e suas possíveis razões e sugestões para se alcançar o objetivo inicial foram indicadas. / [en] The reduction of pipeline wall thickness caused by corrosion is one of the defects that more affect pipeline structural integrity. These defects can take place in the metal base, in the longitudinal and circumferential welding. With the expansion of the rigid submarine pipelines mesh already installed and considering the advanced time of using, the oil industry has been developing several tools for pipeline repair without compromising the safety and avoiding production stops. The preliminary objective of this work was the study and the generation of computer models, which once parameter, they could be a tool for analyze the repair connection of submarine pipeline. During this study, about two types of repair connection, it was realized that the behaviour at failure described by the connection numerical models has details which needed to be explained in addition to the considered experimental program (Alves). One phase of this research was the laboratory works in which it was possible to repeat the mixture of epoxi resin and cement, according to the references adopted in the experimental program (Alves). Compression test were conducted on cylindrical specimens made of this mixture for determining the stress-strain curve and the Poisson coefficient. Another phase of this research was the consulting of other works which could indicate the expected behaviour of the mixture subjected to the compression load. Finally, analytical and numerical models of repair connection were generated the results were compared with those obtained on experimental program (Alves) Based on comparison, discrepancies were detected as well as they possible causes. Suggestions to obtain the initial objective were indicated.

[pt] Um dos principais métodos de instalação offshore de dutos rígidos é o de enrolamento (reeling), o qual submete os dutos a esforços de flexão que ocasionam deformações plásticas. O processo de proteção catódica destas tubulações exige a instalação de uma determinada quantidade de anodos para a proteção contra corrosão. O contato dos anodos com os dutos é estabelecido através das sapatas de anodo. Estas geram imperfeições geométricas na espessura do duto, resultando em regiões concentradoras de deformações durante o processo de enrolamento nas embarcações de instalação. Esta dissertação propõe entender e quantificar o efeito da instalação das sapatas de anodo no que se refere à introdução das concentrações de deformações e sua influência na resistência à flambagem dos dutos durante o processo de enrolamento. O estudo das falhas estruturais por flambagem durante este processo requer a avaliação das deformações longitudinais para comparação com os critérios definidos pelas normas. Esta avaliação propõe a utilização de métodos de cálculos analíticos e numéricos. A partir do estudo desenvolvido foi possível propor um fluxograma para avaliação de dutos com sapatas de anodo. Desta forma foi possível definir um novo valor limite de deformação, caso uma análise simplificada de enrolamento não atenda os critérios propostos pelas normas. Considerando que o estudo de sapatas de anodo é apenas um exemplo para representar o problema de elementos concentradores de deformação durante o processo de enrolamento, a metodologia apresentada pode ser empregada com outros tipos de elementos anexados às tubulações, para a avaliação de falhas por flambagem. / [en] One of the main steel pipelines offshore installation methods is the reeling, which subject the pipes to bending loads that produces plastic strains. The cathodic protection process of these rigid pipelines demands the installation of a determined quantity of anodes for the corrosion protection. The anodes contact with the pipes is established through anode pads. These pads create geometrical imperfections at pipe wall thickness, resulting in strain concentration areas during the reeling process at installation vessels. This dissertation proposes to understand and quantify the pads installation effects with reference to the introduction of strain concentrations and its influence on the pipe buckling strength during the reeling process. The pipe buckling failure study during the reeling process requires the evaluation of longitudinal strains for the comparison with the standards defined criteria. This evaluation proposes the use of analytical and numerical calculation methods. From the developed study, it was possible to propose a flow chart for the evaluation of pipes with anode pads. From this, it was possible to define a newer strain limit value, in the event of a simplified reeling analysis is not in agreement with the standards proposed criteria. Considering that anode pads study is only one example to represent the strain concentration elements during reeling process, the herein presented methodology can be applied to other types of parts attached to the pipelines, for the evaluation of buckling failures.

[pt] Movimentos de terra em encostas frequentemente causam grandes prejuízos econômicos, ambientais, sociais e, com freqüência, perda de vidas humanas. O mecanismo que desencadeia o processo de movimentação geralmente ocorre em períodos de chuvas intensas, principalmente nas encostas com pouca cobertura vegetal ou naquelas que sofreram mudanças recentes na topografia, geralmente pela execução de cortes. Neste trabalho foram realizadas análises de estabilidade da um trecho da encosta da BR-376, que liga as cidades de Curitiba a Joinville no km 55+800 do oleoduto OSPAR da Transpetro. Em 1995, cortes executados para duplicação da rodovia provocaram instabilidade em certa área da encosta. Em janeiro de 1997, durante um período de fortes chuvas, um novo escorregamento da porção inferior do talude provocou a ruptura do muro existente e uma série de escorregamentos sucessivos, que chegaram a atingir a faixa dos oleodutos. Diante desse cenário, utilizou-se primeiramente o programa de elementos finitos PLAXIS para as análises de estabilidade e posteriormente, a fim de comparação, o programa Slope/W e Sigma/W. Para as análises no PLAXIS foi utilizado o hardening soil model para o solo, com os parâmetros sendo determinados através de ensaios triaxiais com amostras obtidas de dois blocos de solo coletados das encosta. Os efeitos da movimentação da encosta no oleoduto OSPAR foram analisados por programa 3D de elementos finitos, dando-se ênfase às tensões e deformações para se a fim de verificar a integridade do duto. / [en] In densely populated urban areas, landslides generally cause large economic, social and environmental damages as well as, quite frequently, the loss of human lives. The main triggering factor for soil slope failures is the occurrence of heavy rainfalls and the most affected slopes are those with little vegetal covering or that had suffered recent changes in topography, generally due to the execution of cuts and excavations. In this work, stability analyses of a soil slope located at km 55+800 of the Transpetro’s OSPAR oil pipeline were carried out In 1995, the works for the duplication of the BR-376 highway, connecting the cities of Curitiba and Joinville, caused some instability in certain area of the soil slope. Later, in January 1997, during a period of heavy rainfall, a new landslide near the slope toe provoked the failure of the existing retaining wall and triggered a series of successive slides that reached the protected area were the oil pipeline was buried. In order to better understand the mechanics involved in this process, numerical analyses were carried out using the computational programs Slope/W, Sigma/W and Plaxis v.8. The soil behavior was simulated considering the hard soil model, whose constitutive parameters were estimated from triaxial tests. The influence of soil movements on the OSPAR oil pipeline were investigated through a 3D finite element analysis, with emphasis on stress and strain distributions in order to check the pile line structural integrity.

[pt] O presente trabalho analisa o impacto de uma mossa simples transversal na integridade estrutural de espécimes tubulares de paredes finas com dimensões e características semelhantes aos dutos usados para transporte de óleo e gás. O estudo da mossa simples envolveu as etapas de criação, recuperação elástica e avaliação da sua resistência estática e cíclica. A abordagem do problema fundamentou-se na análise de dados experimentais e na modelagem numérica por elementos finitos. Na análise por elementos finitos foram consideradas: não linearidade por contato, plasticidade, grandes deslocamentos e grandes deformações. Adicionalmente, foram feitas comparações entre os resultados e os procedimentos usados na indústria, de modo a avaliar criticamente eventuais diferenças e semelhanças entre estes. Como resultado, a avaliação da ruptura estática permitiu verificar a pouca influência de mossas, com a geometria estudada, na resistência à ruptura. Entretanto, os códigos de projeto estudados não aceitam mossas com profundidades e deformações menores que as estudadas. A avaliação de resistência cíclica permitiu verificar a influência deste tipo de dano na vida à fadiga. No final foi elaborada uma rotina simples, baseada em fundamentos teóricos, que permite quantificar a vida à fadiga de mossas, com características similares, a partir do seu fator de concentração de tensão. / [en] This work analyzes the impact of transverse plain dents in the structural integrity of thin-thickness pipe specimens with similar dimensions and properties than typical pipelines. The dent analyzes included the following topics: creation, burst and fatigue evaluation and elastic recuperation. The problem was based in the study of experimental data and numerical modeling by finite elements. The numerical modeling considered: non linearity by contact, plasticity, large displacement and large strain. Finally, comparisons were made between the results and the typical industry procedures, in order to identify eventual differences and similarities. The burst evaluation indicated the low influence of the studied plain dents in the burst resistance. Otherwise, the project standards do not accept dents with the depth and strain levels like those studied. The cyclic analyze verified the influence of this type of damage in the fatigue life. At the end of this study, a simple procedure was developed based in theoric fundamentals to quantify the fatigue life of plain dents, with similar characteristics studied above, using their intensity stress factor.

[pt] Neste trabalho, o Método dos Elementos Finitos (MEF) é aplicado na análise do campo eletromagnético em dutos metálicos, utilizados no transporte de óleo e gás. Instrumentos de inspeção podem utilizar esse método para verificar a existência de anomalias do tipo amassamentos e corrosões nos dutos, contribuindo para evitar vazamentos que podem causar acidentes ecológicos. Atualmente, a técnica de fuga de campo magnético (MFL) é a mais utilizada para precisar a profundidade dos defeitos encontrados nos dutos devido ao processo localizado de corrosão, onde a espessura se reduz progressivamente até o inicio de um eventual vazamento. Os picos dos sinais de fluxo magnético defletido indicam a perda de massa metálica localizada. A profundidade dos defeitos é correlacionada com a amplitude dos picos. Neste trabalho, o algoritmo baseado em Método de Elementos Finitos é utilizado para avaliar o desempenho do MEF na localização da posição de defeitos na parede do duto, através dos picos que aparecem nos gráficos de campo magnético. Essa análise será feita utilizando-se dois tipos de alimentação na entrada do duto: (I) apenas propagação do modo fundamental TEM e (II) diferença de potencial entre os cilindros externo e interno do duto. Diversos tamanhos de deformação em posições diferentes do duto serão analisados para se determinar para quais tipos de problema o algoritmo é eficiente. / [en] In this work, the Finite Element Method (FEM) is applied in the analysis of electromagnetic field generated by instruments employed for inspection of pipelines for natural gas-transmission. Inspection instruments can use this method to evaluate anomalies as corrosion and kneading in the superficies of the pipelines. This can avoid leaking that can cause ecological accidents. The Magnetic Flux Leakage (MFL) is the oldest and most commonly used in-line inspection method for finding metal-loss regions in gas- transmission pipelines. MFL inspections are typically used to detect, locate, and characterize metal-loss and other anomalies in natural gas-transmission pipelines. The amplitude or magnitude of an MFL signal is strongly related to defect depth. Alternatively, in this work, an instrument that generates a TEM wave is explored for inspection of pipelines. To evaluate the field distribution inside the pipe, an algorithm based on Finite Element Method is used to detect and locate an anomaly in the pipeline. It is used two kinds of source in the duct´s port: (I) just propagation in the FEM basic mode and (II) different potential between the internal and external cylindrical duct. Several sizes of anomalies will be analyzed to identify for which kind of problems the algorithm is useful.