O aumento da confiabilidade operacional é responsável pela elevação da segurança em plantas industriais assim como, pela redução de custos com manutenção. Engenheiros de inspeção, em muitos casos, utilizam métodos estatísticos que possibilitam a execução de inspeção por amostragem, nestes casos extrapolações dos resultados obtidos nos ensaios devem ser feitas para a partir daí estimar as condições físicas do equipamento como um todo. Propomos neste estudo dois métodos de cálculo que quando aplicados nos resultados de ensaio IRIS se possa estimar a menor espessura presente no feixe tubular. O primeiro método, designado como método de cálculo I, utiliza os conceitos de arranjo simples em conjunto com a delimitação do grupo de tubos de interesse na obtenção da estimativa da menor espessura presente no feixe tubular. O segundo método de cálculo, método de cálculo II, consiste em uma adaptação do método de cálculo proposto pela JSCE para a estimação da profundidade de pite no feixe, este método utiliza a distribuição dos valores de espessuras obtidos no ensaio, para através do conceito de período de retorno realizar cálculos que proporcionem obter uma estimativa da menor medida de espessura presente no feixe. Os métodos de cálculo estatísticos existentes utilizados na estimativa de menores espessuras em vasos e tubulações se baseia no ajuste dos valores de espessura obtidos por ensaios à curvas de distribuição previamente estabelecidas, verifica-se que este ajuste em geral não é encontrado para os dados utilizados no método de cálculo II, esta falta de aderência pode ser explicada quando são analisados vários aspectos no que se refere a operação e a atuação de mecanismos de corrosão em feixes tubulares de permutadores de calor: Intensidades diferenciadas de processos corrosivos em passes distintos, mecanismos de corrosão distintos que produzam taxas de desgaste semelhante externa e internamente aos tubos, variações no processo que proporcionem alterações nos fenômenos corrosivos. Para avaliar o ajuste dos valores medidos à curva de distribuição empregamos os métodos gráficos PP-Plot e QQ-plot e para determinar os parâmetros necessários a curva de distribuição utilizamos a estimação de máxima verossimilhança. No método de cálculo I o tamanho da amostragem necessária para a probabilidade de obtenção desejada varia de forma não linear com o número de tubos do feixe e com o percentual de tubos de interesse, em geral não há um aumento significativo na probabilidade de obtenção de uma medida em percentuais de interesse acima de 4% dos tubos presentes no feixe. O método de cálculo II possui aplicabilidade apenas em feixe com no mínimo 600 tubos e pode apresenta erro na estimativa de até ± 0,2mm, para feixes com 1500 tubos o erro máximo varia com o período de retorno utilizado e pode alcançar valores entre ±0,3. / Increased operational reliability is responsible for security in lifting industrial plants as well as the reduction of costs with maintenance, inspection engineers, in many cases, using techniques of inspection and sampling by complementing these tests employ statistical methods to make extrapolations of the results from tests for the equipment as a whole. We propose in this study two methods of calculation that can be applied in the test results for IRIS that it is possible to estimate the maximum depth of pite in the tubular beam, the first method ,designated as of calculation method I, use the concepts of permutation in together with the delineation of sets of tubes of interest in obtaining the estimate of the lower thickness in the bundles. The second calculation method, calculation method II, is an adaptation of the method of calculating proposed by JSCE to estimate the depth of pite in the bundles, this method uses the distribution of values of thickness obtained in the test for using the concept of time return to perform more calculations to provide an estimate of the lowest measure of thickness in the bundles. The existing statistical methods of calculation used to estimate the thickness in smaller vessels and pipes is based on the adjustment of the values of thickness obtained by testing the distribution curves of previously established, it appears that this adjustment generally is not found for the data used in Calculation Method II, this lack of adherence may be explained when they are examined several aspects as regards the operation and performance of mechanisms of corrosion of bundles in heat exchangers: corrosion processes with different intensities in different passes, different mechanisms of corrosion that produce similar wear rates of the external and internal tubes, which provide variations in changes in corrosive phenomena. To assess the fit of the measured values of the distribution curve of the methods employed graphic Plot and PP-and QQ-plot, to determine the parameters needed to use the curve of distribution of maximum likelihood estimation. In the method of calculating the size of the sample I needed for the likelihood of achieving desired changes in a non-linear with the number of tubes of the bundle and the percentage of tubes of interest, in general there is a significant increase in the probability of obtaining a measured in percentage of interest above 4% of the tubes in the bundle. The calculation method II has applicability only to bundles with at least 600 tubes and may make the estimation error of up to ± 0.2 mm for bundles with 1,500 pipes the maximum error varies with the period of return used and can reach values between ± 0 3.

O presente trabalho teve como objetivo investigar o comportamento da junta para diferentes parâmetros de soldagem em um processo inovador de soldagem por fricção em tubos utilizando um anel rotativo. O material do tubo utilizado neste trabalho foi o aço inoxidável duplex SAF 2205 (UNS S31803).Utilizou-se o método estatístico Taguchi para reduzir a quantidade de juntas soldadas e verificar quais os melhores parâmetros de soldagem. O processo avaliou 3 parâmetros variando em máximo e mínimo, resultando em 4 condições de soldagem. Três juntas soldadas foram produzidas para cada condição de soldagem, o que acabou gerando 12 juntas. A obtenção da melhor condição de soldagem foi realizada através da análise de “quanto maior melhor” para o resultado de resistência à tração para as amostras. Nesta análise,a condição ótima de soldagem coincidentemente foi a condição de soldagem 4. Paralelamente à análise Taguchi, foram realizados ensaios de qualificação para todas as 4 condições de soldagem de acordo com a norma DNV-OS-F101:2013: teste de tração, dobramento, dureza, porcentagem de ferrita e porcentagem de intermetálicos Adicionalmente aos ensaios exigidos pela norma DNV-OS-F101:2013, foram realizados testes de impacto Charpy-V e EBSD para a melhor condição de soldagem obtida pela método Taguchi (condição 4). Os resultados indicaram que, de acordo com os requisitos da norma DNV-OS-F101:2013, apenas a condição de soldagem quatro (0,10 mm/s; 7,50 kN/s/ 10,0 mm) foi integralmente qualificada. Valores insuficientes de resistência obtidos nos ensaios de tração, bem como divergências nas porcentagens ótimas de fases desqualificaram as outras três condições de soldagem. Como resultado adicional para a condição de soldagem qualificada, testes de impacto Charpy apresentaram valores de energia absorvida superiores àqueles encontrados para processos convencionais de soldagem. / The present work had as objective to investigate the joint behavior for different welding parameters in an innovative process of welding by friction in tubes using a rotating ring. The material of the tube used in this work was duplex stainless steel SAF 2205 (UNS S31803). The Taguchi statistical method was used to reduce the amount of welded joints and to verify the best welding parameters. The process evaluated 3 parameters varying in maximum and minimum, resulting in 4 welding conditions. Three welded joints were produced for each welding condition, resulting in 12 joints. The best welding condition was obtained by the analysis of "the greater the better" for the result of tensile strength for the samples. In this analysis, the optimum welding condition coincidentally was the welding condition 4. Parallel to the Taguchi analysis, qualification tests were performed for all 4 welding conditions according to DNV-OS-F101: 2013: tensile test, bending, hardness, percentage of ferrite and percentage of intermetallics In addition to the tests required by the DNV-OS-F101: 2013, Charpy-V impact tests and characterization by EBSD were performed for the best welding condition obtained by the Taguchi method (condition 4). The results indicated that, according to the requirements of DNV-OS-F101: 2013, only the welding condition four (0.10 mm/s, 7.50 kN/s; 10.0 mm) was fully qualified. Insufficient values of strength obtained in the tensile tests, as well as divergences in the optimal percentages of phases, disqualified the other three welding conditions. As an additional result for the qualified welding condition, Charpy impact tests showed absorbed energy values higher than those found for conventional welding processes.

As condições para a exploração do petróleo em campos do pré-sal são mais severas que as convencionais no que se refere à pressão, temperatura, concentração de CO2 e H2S. Nesse contexto, os dutos responsáveis pela transferência do petróleo do fundo do mar até os tanques de armazenamento na superfície representam uma importância fundamental no processo de produção do petróleo. Dessa forma, o objetivo deste trabalho foi estudar o comportamento em corrosão-fadiga de juntas soldadas do aço API 5L X60 em solução aquosa salina contendo 115.000 ppm de cloretos e CO2 e avaliar a influência do H2S e do inibidor de corrosão. A ênfase na avaliação da região da solda se dá por ela ser um dos pontos mais suscetíveis a sofrer o processo de degradação por corrosão-fadiga. Nessa região, além do concentrador de tensões, são geradas tensões residuais trativas e mudanças microestruturais devido ao processo de soldagem que acarretam em queda no desempenho em fadiga na presença de meios agressivos. Neste estudo utilizou-se controle de carga sob flexão a quatro pontos, razão de carregamento de 0,1, frequência de carregamento de 0,5 Hz e run out de 1 milhão de ciclos. Com as curvas de Wöhler geradas, os resultados foram comparados e foi possível verificar o efeito benéfico causado pela utilização do inibidor de corrosão e o efeito deletério associado à presença de H2S. / The conditions for the oil fields exploitation in the pre-salt are more severe than those present in usual conditions, regarding to pressure, temperature, CO2 and H2S concentration. In this case, the pipelines responsible for the oil transfer from the seabed to the surface storage tanks represent a fundamental importance in the production of oil. Thus, the aim of this work is to study the corrosion-fatigue behavior of welded steel API 5L X60 in aqueous salt solution containing 115.000 ppm of chlorides and CO2, also, evaluate the influence of H2S and corrosion inhibitor. Bearing in mind that the weld region is one of the most likely to suffer degradation process of corrosion-fatigue, due to the tensile residual stresses generated by the welding process, which are aggravated in the presence of aggressive environment. The experiments were conducted using force control in a four point bending configuration, load ratio of 0.1, loading frequency of 0.5 Hz and run out of one million cycles. With the Wöhler curves plotted, the results were compared and it was possible to verify the beneficial effect caused by the use of corrosion inhibitor and the harmful effect caused by the presence of H2S.

Dutos flexíveis são estruturas utilizadas na indústria do petróleo em aplicações off-shore. O aspecto construtivo destes componentes compreende várias camadas metálicas e poliméricas, sendo que a camada mais externa (polimérica), forma uma barreira contra o ambiente marinho. Quando há o rompimento da camada polimérica externa, a integridade do duto é afetada pelo contato das partes metálicas com a água do mar. Este estudo compreende uma fase de projeto que visa o desenvolvimento de uma ferramenta automatizada de reparo, aplicada em danos na camada externa polimérica em dutos flexíveis. Dentro do âmbito do projeto, o objetivo do trabalho é avaliar a proposta de aplicar uma resina epoxídica para vedação do dano a ser reparado, e o emprego de etilenoglicol como substância capaz de controlar a corrosão das camadas metálicas do riser flexível. Existindo dificuldades em caracterizar os processos de corrosão dentro das circunstâncias projetadas, no presente trabalho foram avaliadas duas situações: o comportamento eletroquímico e de adesão resultantes da aplicação de uma resina epóxi (N-2680), sobre aço úmido com água do mar sintética e etilenoglicol; e o comportamento eletroquímico da corrosão de arames de riser em misturas contendo: etilenoglicol/água do mar sintética e etilenoglicol/água deionizada. As características de adesão da resina foram obtidas através de ensaio de força de adesão em tração, e câmara de névoa salina. Os estudos do comportamento eletroquímico dos sistemas foram realizados através da técnica de ruído eletroquímico. Os resultados dos testes de adesão revelaram que, adesão da resina epóxi N-2680 é fortemente afetada pela presença de fase liquida sobre a superfície do aço durante a aplicação. A modificação da corrosividade das misturas contendo etilenoglicol e água deionizada foi observada, a partir da modificação de frequência de corte nos gráficos de densidade espectral de potência do ruído eletroquímico. Em misturas contendo etilenoglicol e água do mar sintética, através de análise microscópica, observou-se a presença de corrosão localizada nos arames de riser em proporções específicas. / Flexible risers are used in the oil industry in offshore applications. The constructive aspect of these components comprises several metallic and polymeric layers, wherein the outermost layer (polymeric), forms a barrier against the marine environment. When there is a failure of the outer polymeric layer, the pipe integrity is affected by contact of metal parts with seawater. This study comprises a design phase that aims at developing an automated repair tool, applied in damage on the polymeric outer layer of flexible pipe. Within the scope of the project, the objective of this research is to evaluate the proposal to apply an epoxy resin to seal the damage to be repaired, and the use of ethylene glycol as a substance capable of controlling the corrosion of the metal layers of the flexible riser. Existing difficulties in characterizing the corrosion processes within the projected circumstances, in this work were evaluated two situations: the electrochemical and adhesion behavior in the case of application of an epoxy resin (N-2680), on damp steel with synthetic seawater and ethylene glycol; and the electrochemical behavior of corrosion riser wires in mixtures containing: ethylene glycol/synthetic seawater and ethylene glycol/deionized water. The resin adhesion characteristics were obtained through bond strength test, and salt spray chamber. Studies of the electrochemical behavior of the systems were performed by electrochemical noise technique. The results of adhesion tests showed that the epoxy resin is strongly affected by the liquid phase on steel surface during application. The modification of corrosivity of mixtures containing ethylene glycol and deionized water was observed from the cutoff frequency change, when analyzed via power spectral density of the electrochemical noise. In mixtures containing ethylene glycol and synthetic sea water, by means microscope analysis, showed the presence of localized corrosion in the riser wires in specific proportions.

Bancos de tubos ou de barras são encontrados nas indústrias nucleares e de processos, constituindo-se nos dispositivos mais comumente utilizados no desenvolvimento de trocadores de calor. As tentativas de elevar as taxas de transferência de calor nos trocadores de calor não consideram, como uma prioridade do critério de projeto, os efeitos estruturais causados pelo escoamento turbulento de fluido através do banco de tubos, a menos que ocorram falhas. Com a redução da relação entre passo e diâmetro do banco de tubos (espaçamento relativo), para otimizar o processo de transferência de calor, surgirão cargas dinâmicas, que não estão associadas ao processo de desprendimento de vórtices, como nos bancos de tubos com grandes espaçamentos relativos. Enquanto as cargas estáticas parecem surgir, principalmente, devido à forte queda de pressão que ocorre nas fendas estreitas entre os tubos, em bancos de tubos com pequeno espaçamento relativo, as cargas dinâmicas, provenientes do campo de pressões flutuantes, têm um comportamento aleatório, sem qualquer freqüência característica. As flutuações de pressão resultam das flutuações de velocidade nas diversas posições do campo de escoamento. O propósito desta tese é investigar o comportamento das flutuações de pressão e de velocidade, e sua interdependência, em bancos de tubos com arranjos triangulares e quadrangulares e diversos espaçamentos relativos e, baseado nos resultados obtidos, contribuir para o desenvolvimento dos critérios de projeto destes equipamentos. A seção de testes é constituída por um canal retangular com 1370 mm de comprimento, 146 mm de altura e uma largura máxima (ajustável) de 193 mm. O fluido de trabalho é o ar, impulsionado por um ventilador centrífugo, passando por uma câmara de tranqüilização e um conjunto de grades e telas, antes de alcançar o banco de tubos segundo um ângulo de incidência de 90o e com um valor em torno de 2 % de intensidade da turbulência. Tanto os arranjos triangulares como os quadrangulares possuem relação entre passo e diâmetro P/D = 1,60 , 1,26 , 1,16 e 1,05 com números de Reynolds calculados com base no diâmetro dos tubos (32,1 mm para todas as geometrias) e na velocidade do escoamento nas fendas estreitas entre os tubos, desde Re = 4•104 até 7•104. As velocidades e as flutuações de velocidade foram medidas por um anemômetro de fio quente a temperatura constante, enquanto as flutuações de pressão foram medidas por um transdutor de pressão piezo-resistivo, montado no interior de um dos tubos do banco e conectado a tomadas de pressão por mangueiras plásticas. O tubo instrumentado com o transdutor de pressão nos bancos podia girar de forma que foram efetuadas medições a cada 10o. A sonda de fio quente podia ser movimentada para diversas posições entre dois tubos no banco, ao longo de uma linha na direção do escoamento. A aquisição de dados de flutuações de velocidade e de pressão foi efetuada simultaneamente, para permitir a obtenção de resultados de correlações cruzadas, por uma placa conversora analógico-digital controlada por um micro computador. Os resultados experimentais estão apresentados, na forma adimensional, em médias quadráticas, funções de densidade auto-espectral e funções de correlação cruzada. As médias quadráticas das flutuações de pressão indicam uma distribuição mais uniforme das cargas dinâmicas em torno dos tubos na medida em que a razão P/D é diminuída. O comportamento dos espectros de flutuações de velocidade mostram diferentes decaimentos para os arranjos triangulares e quadrangulares, com valores decrescentes na medida em que a razão P/D é reduzida. A análise dos resultados dos espectros de flutuações de pressão mostra exponentes de -1 e -10/3, sendo a extensão da faixa deste último, maior para as maiores razões P/D. Os picos correspondentes ao processo de desprendimento de vórtices aparecem somente no arranjo com a maior relação P/D. Reduzindo a razão P/D, observa-se um aumento na energia dos menores vórtices do escoamento turbulento, degenerando em turbulência de banda larga. Os coeficientes de correlação cruzada entre flutuações de velocidade e de pressão diminuem enquanto a razão P/D aumenta. A análise dos resultados experimentais permite a identificação dos principais aspectos do processo de excitação das vibrações induzidas pelo escoamento em bancos de tubos conduzindo a recomendações para o projeto destes equipamentos. / Banks of tubes or rods are found in the nuclear and process industries, being the most common device used in the development of heat exchangers. Attempts to increase heat exchange ratios in heat transfer equipments do not consider, as a priority of project criteria, structural effects caused by the turbulent fluid flow across the tube bank, unless failures occur. By reducing the aspect ratio (pitch-to-diameter ratio) of a tube bank, to improve the heat transfer process, dynamic loads will appear, which are not associated to vortex shedding, as in large aspect ratios tube banks. While static loads seem to appear mainly due to the strong pressure drop which occurs in the narrow gaps between the tubes, in small aspect ratio tube banks, dynamic loads, arising from the fluctuating pressure field, have a random behavior, without any characteristic frequency. Pressure fluctuations result from velocity fluctuations at several positions of the flow field. The purpose of this thesis is to investigate the behavior of pressure and velocity fluctuations, and their interdependence, in tube banks with triangular and square arrangements and several aspect ratios and, based on the obtained results, to contribute for the development of the design criteria of these devices. The test section is a 1370 mm long rectangular channel, with 146 mm height and a maximal (adjustable) width of 193 mm. Air is the working fluid, driven by a centrifugal blower, passed by a settling chamber and a set of honeycombs and screens, before reaching the tube bank at an incidence angle of 90o and about 2 % turbulence intensity. Both triangular and square arrangements have pitch-to-diameter ratios P/D = 1.60, 1.26, 1.16 and 1.05 with Reynolds numbers, calculated with the tube diameter (32.1 mm for all geometries) and the velocity of the flow in the narrow gap between the tubes from Re = 4•104 to 7•104. Velocity and velocity fluctuations were measured by a constant temperature hot wire anemometer, while pressure fluctuations were measured by a piezo-resistive pressure transducer mounted inside one of the tubes in the bank and connected to pressure taps by plastic tubes. The tube instrumented with the pressure transducer in the banks could be rotated, so that measurements at each 10o were performed. The hot wire probe could be moved to several positions between two tubes in the bank, along a line in the flow direction. Data acquisition of velocity and pressure fluctuations was performed simultaneously, to allow cross-correlations results, by an analog-to-digital converter board controlled by a personal computer. Experimental results are presented in form of dimensionless RMS values, autospectral density functions and cross-correlation functions. RMS values of pressure fluctuations indicate a more uniform distribution of dynamic loads around the tubes as the P/D ratio decrease. Behavior of the velocity fluctuation spectra show different decay for triangular and square arrays, with decreasing values as the P/D ratio is reduced. Analysis of the results of spectra of pressure fluctuations shows exponents of -1 and -10/3, being the extension range of the latter larger for the widest P/D ratios. Peaks corresponding to vortex shedding appear only at the bank with the largest P/D ratio. By reducing the P/D ratio an increase on the energy of the smallest eddies of the turbulent flow is observed, degenerating in to broad band turbulence. Cross-correlation coefficients between velocity and pressure fluctuations decrease as the P/D ratio is increased. Analysis of the experimental results allows the identification of the main features of the excitation process of flow induced vibrations in tube banks leading to recommendations for the design of these equipments.

Tese (doutorado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Mecânica, 2013. / Submitted by Albânia Cézar de Melo (albania@bce.unb.br) on 2013-10-25T14:26:10Z No. of bitstreams: 1 2013_EberHuancaCayo.pdf: 11106092 bytes, checksum: 32db1b7db30838656b3f458b6c65e047 (MD5) / Approved for entry into archive by Guimaraes Jacqueline(jacqueline.guimaraes@bce.unb.br) on 2013-10-30T10:58:39Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2013_EberHuancaCayo.pdf: 11106092 bytes, checksum: 32db1b7db30838656b3f458b6c65e047 (MD5) / Made available in DSpace on 2013-10-30T10:58:39Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2013_EberHuancaCayo.pdf: 11106092 bytes, checksum: 32db1b7db30838656b3f458b6c65e047 (MD5) / A soldagem orbital é um processo de fabricação que consiste da união de tubos metálicos e que tem diversas aplicações, tais como na indústria alimentar, farmacêutica, petroquímica e aeroespacial. Estas aplicações, em sua maioria, limitam-se à união de dutos de pequeno porte e de espessura fina, nos quais os efeitos gravitacionais sobre a transferência de calor e massa são ínfimos. Quando se pretende unir dutos de maior espessura, entretanto, é comum utilizar processos de soldagem com adição de material, o que incrementa as dimensões da poça de fusão. Em consequência, o efeito gravitacional altera a transferência de calor e massa, podendo acarretar escoamentos e deformações da solda se os parâmetros de soldagem são inadequados. O objetivo do presente trabalho é desenvolver um regulador de parâmetros de soldagem em função da posição de soldagem, objetivando obter soldas uniformes através do processo GMAW-S. Estudos iniciais mostraram que as oscilações da poça de fusão têm relação direta na formação da solda. Estas oscilações estão governadas pelo balanço das forças, eletromagnética, tensão superficial e gravitacional sobre a massa da poça. Considerando que em soldagem orbital há uma constante mudança de posição, o escoamento da poça causado pelo efeito gravitacional é inevitável, portanto é preciso regular adequadamente os parâmetros de soldagem em função da posição de soldagem ?. Para isto, em primeiro lugar, desenvolveu-se o modelo de transferência de massa a fim de estimar a quantidade de massa e a força com que esta massa é transferida do eletrodo arame à poça segundo a posição ?. Em segundo lugar desenvolveu-se o modelo de oscilações da poça a fim de estimar o valor final da oscilação em função da posição ?, o que permitiu estimar a localização do escoamento da poça assim como a localização da deformação do cordão de solda. Finalmente foi desenvolvido o modelo de regulação dos parâmetros de soldagem em função da posição ?, considerando a uniformidade das forças sobre a massa transferida, bem como a uniformidade da resistência do circuito de soldagem, do aporte térmico e da taxa de deposição. A partir da simulação de este conjunto de modelo foi possível prever o conjunto de parâmetros visando à uniformidade do valor final das oscilações da poça, o que implica na redução do escoamento da poça e consequentemente a relativa uniformidade do cordão de solda. Por meio de experimentos conseguiu-se verificar a uniformidade relativa das soldas a partir da regulação dos parâmetros de soldagem em função da posição ? utilizando os modelos propostos. Concluiu-se que o escoamento da poça é inevitável, porém, é possível reduzir seus efeitos através do controle do valor final das oscilações através da regulação dos parâmetros de soldagem em função da posição ?. ______________________________________________________________________________ ABSTRACT / Orbital welding is a manufacturing process that composes the union of metallic pipes which is largely applied in various industries such as food, pharmaceutical, petrochemical and aerospace industry. These applications are mostly limited to the union of small and thin ducts, on which the gravitational effects over heat and mass transference are minimal. When union of larger pipes is intended, however, welding processes with material addition are commonly applied, leading to an increased welding pool dimension. In consequence, gravitational effect alters heat and mass transference, what can cause outflows and deformations of the welding if welding parameters are inadequate. The aim of this work is to develop a regulator welding parameters according to the welding position, aiming to obtain uniform welds through the GMAW-S. Initial studies showed that the oscillations of the weld pool have a direct relation in the formation of the weld. These oscillations are governed by the balance of forces, electromagnetic, surface tension and gravity on the mass of the pool. Whereas that in orbital welding there is a constant change of position, the pool outflow caused by the gravitational effect is inevitable; therefore, it is necessary to regulate properly the welding parameters according to the welding position ?. For this, in first place it was developed the modeling of the mass transference to estimate the amount of mass and force with which this mass is transferred from the wire electrode to the welding pool according to position ?. In second place, it was developed the model of the welding pool oscillations in order to estimate the final value of the oscillation depending on the position ?, which allowed estimating the location of the pool outflow as well as the location of weld deformation. Finally the model of regulating of welding parameters according to the position ? was developed, considering the uniformity of forces on the mass transfer, as well as the uniformity of the welding loop resistance and the uniformity of the heat input and deposition rate. From the simulation of hese set of models, was possible to estimate the welding parameter set aiming to reach the uniformity of the final value of the pool oscillations, which implies the reduction of the pool outflow and consequently the relative uniformity of the weld bead. Through experimentation it was possible to verify the relative uniformity of welds from the adjustment of the welding parameters according to the position ? by using the proposed models. The obtained conclusion is that the outflow of the pool is unavoidable; however, their effects can be reduced by controlling the final value of the oscillations by regulating the welding parameters according to welding position ?.

Este trabalho tem como objetivo realizar um estudo preliminar da influência da espessura na vida em fadiga de arames de aço deformados a frio. A espessura original dos arames é de 5mm e foi criada uma segunda condição, com diminuição dessa espessura para 2,5mm. Para avaliar o comportamento em fadiga do material, foram realizados testes de fadiga por carregamento em flexão com o intuito de comparar a diferença de desempenho entre as espessuras de 5 e 2,5mm. Os resultados mostraram que para os níveis de carregamento mais altos impostos sobre as amostras (1000 MPa) a condição com 2,5mm de espessura apresenta uma tendência de melhora na resistência à fadiga, essa tendência de aumento acentua-se à medida que os níveis de solicitação diminuem. A condição com espessura de 2,5mm apresentou também tendência de aumento do limite de fadiga. / The aim of this work is to make a preliminary study about the influence of thickness effect on the fatigue behavior of cold drawing steel strips. The original component’s thickness is 5mm and was carried a decrease of this thickness to 2,5mm. To evaluate the fatigue performance, was obtained bending load fatigue curves to compare the performance of the samples with 5 and 2,5 mm of thickness. The results shown that for higher load levels the fatigue strength and endurance limit had presented a tendency of increase for the 2,5mm thickness condition.

Bancos de tubos ou de barras são encontrados nas indústrias nucleares e de processos, constituindo-se nos dispositivos mais comumente utilizados no desenvolvimento de trocadores de calor. As tentativas de elevar as taxas de transferência de calor nos trocadores de calor não consideram, como uma prioridade do critério de projeto, os efeitos estruturais causados pelo escoamento turbulento de fluido através do banco de tubos, a menos que ocorram falhas. Com a redução da relação entre passo e diâmetro do banco de tubos (espaçamento relativo), para otimizar o processo de transferência de calor, surgirão cargas dinâmicas, que não estão associadas ao processo de desprendimento de vórtices, como nos bancos de tubos com grandes espaçamentos relativos. Enquanto as cargas estáticas parecem surgir, principalmente, devido à forte queda de pressão que ocorre nas fendas estreitas entre os tubos, em bancos de tubos com pequeno espaçamento relativo, as cargas dinâmicas, provenientes do campo de pressões flutuantes, têm um comportamento aleatório, sem qualquer freqüência característica. As flutuações de pressão resultam das flutuações de velocidade nas diversas posições do campo de escoamento. O propósito desta tese é investigar o comportamento das flutuações de pressão e de velocidade, e sua interdependência, em bancos de tubos com arranjos triangulares e quadrangulares e diversos espaçamentos relativos e, baseado nos resultados obtidos, contribuir para o desenvolvimento dos critérios de projeto destes equipamentos. A seção de testes é constituída por um canal retangular com 1370 mm de comprimento, 146 mm de altura e uma largura máxima (ajustável) de 193 mm. O fluido de trabalho é o ar, impulsionado por um ventilador centrífugo, passando por uma câmara de tranqüilização e um conjunto de grades e telas, antes de alcançar o banco de tubos segundo um ângulo de incidência de 90o e com um valor em torno de 2 % de intensidade da turbulência. Tanto os arranjos triangulares como os quadrangulares possuem relação entre passo e diâmetro P/D = 1,60 , 1,26 , 1,16 e 1,05 com números de Reynolds calculados com base no diâmetro dos tubos (32,1 mm para todas as geometrias) e na velocidade do escoamento nas fendas estreitas entre os tubos, desde Re = 4•104 até 7•104. As velocidades e as flutuações de velocidade foram medidas por um anemômetro de fio quente a temperatura constante, enquanto as flutuações de pressão foram medidas por um transdutor de pressão piezo-resistivo, montado no interior de um dos tubos do banco e conectado a tomadas de pressão por mangueiras plásticas. O tubo instrumentado com o transdutor de pressão nos bancos podia girar de forma que foram efetuadas medições a cada 10o. A sonda de fio quente podia ser movimentada para diversas posições entre dois tubos no banco, ao longo de uma linha na direção do escoamento. A aquisição de dados de flutuações de velocidade e de pressão foi efetuada simultaneamente, para permitir a obtenção de resultados de correlações cruzadas, por uma placa conversora analógico-digital controlada por um micro computador. Os resultados experimentais estão apresentados, na forma adimensional, em médias quadráticas, funções de densidade auto-espectral e funções de correlação cruzada. As médias quadráticas das flutuações de pressão indicam uma distribuição mais uniforme das cargas dinâmicas em torno dos tubos na medida em que a razão P/D é diminuída. O comportamento dos espectros de flutuações de velocidade mostram diferentes decaimentos para os arranjos triangulares e quadrangulares, com valores decrescentes na medida em que a razão P/D é reduzida. A análise dos resultados dos espectros de flutuações de pressão mostra exponentes de -1 e -10/3, sendo a extensão da faixa deste último, maior para as maiores razões P/D. Os picos correspondentes ao processo de desprendimento de vórtices aparecem somente no arranjo com a maior relação P/D. Reduzindo a razão P/D, observa-se um aumento na energia dos menores vórtices do escoamento turbulento, degenerando em turbulência de banda larga. Os coeficientes de correlação cruzada entre flutuações de velocidade e de pressão diminuem enquanto a razão P/D aumenta. A análise dos resultados experimentais permite a identificação dos principais aspectos do processo de excitação das vibrações induzidas pelo escoamento em bancos de tubos conduzindo a recomendações para o projeto destes equipamentos. / Banks of tubes or rods are found in the nuclear and process industries, being the most common device used in the development of heat exchangers. Attempts to increase heat exchange ratios in heat transfer equipments do not consider, as a priority of project criteria, structural effects caused by the turbulent fluid flow across the tube bank, unless failures occur. By reducing the aspect ratio (pitch-to-diameter ratio) of a tube bank, to improve the heat transfer process, dynamic loads will appear, which are not associated to vortex shedding, as in large aspect ratios tube banks. While static loads seem to appear mainly due to the strong pressure drop which occurs in the narrow gaps between the tubes, in small aspect ratio tube banks, dynamic loads, arising from the fluctuating pressure field, have a random behavior, without any characteristic frequency. Pressure fluctuations result from velocity fluctuations at several positions of the flow field. The purpose of this thesis is to investigate the behavior of pressure and velocity fluctuations, and their interdependence, in tube banks with triangular and square arrangements and several aspect ratios and, based on the obtained results, to contribute for the development of the design criteria of these devices. The test section is a 1370 mm long rectangular channel, with 146 mm height and a maximal (adjustable) width of 193 mm. Air is the working fluid, driven by a centrifugal blower, passed by a settling chamber and a set of honeycombs and screens, before reaching the tube bank at an incidence angle of 90o and about 2 % turbulence intensity. Both triangular and square arrangements have pitch-to-diameter ratios P/D = 1.60, 1.26, 1.16 and 1.05 with Reynolds numbers, calculated with the tube diameter (32.1 mm for all geometries) and the velocity of the flow in the narrow gap between the tubes from Re = 4•104 to 7•104. Velocity and velocity fluctuations were measured by a constant temperature hot wire anemometer, while pressure fluctuations were measured by a piezo-resistive pressure transducer mounted inside one of the tubes in the bank and connected to pressure taps by plastic tubes. The tube instrumented with the pressure transducer in the banks could be rotated, so that measurements at each 10o were performed. The hot wire probe could be moved to several positions between two tubes in the bank, along a line in the flow direction. Data acquisition of velocity and pressure fluctuations was performed simultaneously, to allow cross-correlations results, by an analog-to-digital converter board controlled by a personal computer. Experimental results are presented in form of dimensionless RMS values, autospectral density functions and cross-correlation functions. RMS values of pressure fluctuations indicate a more uniform distribution of dynamic loads around the tubes as the P/D ratio decrease. Behavior of the velocity fluctuation spectra show different decay for triangular and square arrays, with decreasing values as the P/D ratio is reduced. Analysis of the results of spectra of pressure fluctuations shows exponents of -1 and -10/3, being the extension range of the latter larger for the widest P/D ratios. Peaks corresponding to vortex shedding appear only at the bank with the largest P/D ratio. By reducing the P/D ratio an increase on the energy of the smallest eddies of the turbulent flow is observed, degenerating in to broad band turbulence. Cross-correlation coefficients between velocity and pressure fluctuations decrease as the P/D ratio is increased. Analysis of the experimental results allows the identification of the main features of the excitation process of flow induced vibrations in tube banks leading to recommendations for the design of these equipments.

O principal objetivo desse trabalho foi desenvolver um procedimento de medição para a espessura da camada de óxidos do interior de tubos de caldeiras aquatubulares utilizando o ensaio de ultrassom. A fim de confirmar os resultados das medições por ultrassom foram também feitas medições dessas camadas por metalografia e, com base nos seus valores, foram calculadas as temperaturas médias de operação dos tubos e comparadas com a temperatura de projeto prevista. A medição da espessura dessa camada de óxidos faz parte de uma técnica para buscar informações das condições operacionais do tubo, uma vez que existe uma relação matemática entre a espessura dessa camada, o tempo e a temperatura de operação do tubo. Esse trabalho teve uma grande ligação com a prática, pois foi desenvolvido para ser aplicado como uma técnica para auxiliar na avaliação das causas de ruptura dos tubos do superaquecedor de uma caldeira em operação. Os estudos descritos nesse trabalho, feitos com amostras retiradas de uma caldeira e com base em informações de tempo de operação fornecidos pela empresa proprietária da caldeira, permitiram confirmar que é possível medir camadas de magnetita a partir de valores entre 0,10 e 0,15mm (100 e 150µm) por ultrassom, no entanto para as condições práticas de campo é mais seguro considerar o valor limite mínimo de 0,20mm (200µm). Foi constatado também que a medição de espessura da camada de óxido em um lote de tubos por meio do ensaio de ultrassom necessita ser confirmada em ao menos uma amostra de tubo por meio do exame metalográfico. Isso se deve ao fato que o exame metalográfico confirma ou refuta os resultados do ultrassom e permite obter várias informações adicionais importantes sobre o tipo de camada e microestrutura do material. / The main aim of this work was to develop a thickness measurement procedure for the internal oxide layer thickness of aquatubular boilers tubes by means of ultrasound test. To confirm the measurement results by ultra-sound were also made layer measurements by means of metallography and, based on these values, the medium operation temperatures were calculated and compared with the temperatures of the project. The measurement of the oxide layer is part of a technique to obtain information about the operational conditions of the tube, because there is a mathematical relationship between the thickness of the layer, the time and the temperature of tube operation. This work was performed on samples extracted from an industrial boiler and could be used as a tool to aid in the analysis of superheater tubes that fail in service. The operational time data of the boiler was obtained from the industry and confirmed that it is possible to measure oxide layers from values between 0,10mm and 0,15mm (100µm and 150µm) by means of ultrasound testing, but for the practical field conditions it is more secure to consider the minimum limit value 0,20mm (200µm). It was also verified that the oxide layer thickness measurement of a lot of tubes by means of ultra-sound need to be confirmed in at least one tube sample by means of metallographic exam. This is due the fact that metallographic exam confirms or refutes the ultrasound test results and permits several additional important information about the layer type and material microstructure.

Os risers rígidos, utilizados na indústria offshore para a exploração e transporte de óleo e gás, estão sujeitos a diversus fenômenos de degradação. A fadiga e a corrosãofadiga são uma das causas mais comuns de falhas em serviço destas tubulações. Estas falhas geralmente são encontradas nas regiões submetidas a processos de soldagem. Para uma operação que alie produtividade e segurança os fenômenos de fadiga e corrosão-fadiga devem ser estudados e entendidos a fim de evitá-los ou minimizá-los. Na indústria de exploração de óleo e gás, os ensaios de fadiga e corrosão-fadiga tornam-se necessários para a obtenção de dados que auxiliem no projeto das estruturas de produção. Aliado a isto, com a descoberta de novos campos de exploração de óleo e gás, novas condições operacionais são encontradas e carecem de dados. Deste modo, este trabalho tem o objetivo de determinar o comportamento frente aos fenômenos de fadiga e corrosão-fadiga do aço API 5L X60, para uma condição com elevada pressão de CO2, na presença de água com alta concentração de cloretos, inovando na aplicação de pressão elevada e abrindo caminho para a obtenção de resultados em altíssimas pressões, as quais frequentemente são encontradas em campo. Para a obtenção dos resultados esperados, foi construído um sistema específico para o controle dos parâmetros do ensaio, sendo destacável a robustez do sistema e o baixo custo, quando comparado aos tradicionais equipamentos servomecânicos. Foram realizados ensaios de fadiga e corrosão-fadiga ao ar e no meio agressivo, respectivamente. Os ensaios foram realizados em flexão a quatro pontos em uma frequência de 1 Hz, sob razão de carregamento de R=0,1. Os dados finais são apresentados em uma curva de Wöhler. Como resultado do trabalho, foi sugerida a existência de uma competição entre os fatores de dissolução do material pela corrosão e o mecanismo de propagação de trincas, levando o material a exibir, para alguns casos, um comportamento em corrosão-fadiga até seis vezes maior do que somente em fadiga, ou seja, no meio agressivo para algumas condições o material resistiu até seis vezes mais ciclos do que nos ensaios realizados ao ar. Com isso, o trabalho fornece indícios de que, no meio/material estudados em escala laboratorial, a abordagem tradicional para o fenômeno de corrosão-fadiga pode levar a erros, sendo que em alguns casos o meio não age reduzindo a vida do material e pelo contrário sendo até benéfico para as características de fadiga em algumas situações. / Steel rigid risers applied for oil exploration and transportation on offshore industry are subjected to several degradation phenomena. Fatigue and corrosion are the most commons in service pipeline failure sources, mainly for the welded risers. In order to achieve productive and safety operation conditions, fatigue and corrosion fatigue phenomena shall be well studied in order to minimize or even avoid them. In oil and gas industry fatigue and corrosion fatigue testing become necessary to provide helpful data for production structure design. Besides, there are shortage data for new operational conditions found on new oil and gas field discoveries. Thus, this work aims to determine the fatigue and corrosion fatigue behaviour of the API 5L X60 steel for high CO2 pressure condition in presence of water with high chloride content, innovating on the higher pressures aplication and opening the way to much higher pressures tests wich are often found on the field. A specific system for test parameters control was assembled to achieve the expected results, being detected its robustness and low cost when compared to traditional servo mechanical equipments. Fatigue and corrosion fatigue test were performed in air and in aggressive environment, respectively. The experiments were conducted using four point bend test and a frequency of 1Hz. All final data are presented on a Wöhler curve. The results suggest the existence of a competition between corrosion anodic dissolution and crack propagation mechanisms leading to an exhibition, for some cases, of a six times better behavior on corrosion fatigue condition then in air fatigue for this material. Thereby this work supplies evidences that for this specific material / medium tested on laboratory scale the traditional approach for corrosion fatigue phenomenon could lead to mistakes since that in some cases the environment does not act as a reduce factor for fatigue life, but actually could even be benefit for fatigue characteristics at some situations.