Este trabalho foca a avaliação da vida em fadiga de um novo modelo de terminal conector para dutos flexíveis (risers) de camadas não aderentes (unbonded). Os ensaios foram feitos levando em consideração apenas a parte estrutural desses dutos, de forma a ensaiar uma nova configuração de ancoragem da armadura de tração encontrada nesse equipamento conhecido como terminal conector (end fitting). É dentro deste componente que os arames da armadura de tração são fixados por resina epóxi em conjunto com uma configuração específica permitindo dessa maneira a sustentação do duto flexível quando fixado a plataformas offshore. Para a escolha do novo modelo de ancoragem aqui proposto, além de se tomar como referência, fez-se também uma analogia aos modelos utilizados nas ancoragens das barras metálicas utilizadas em concreto protendido. Isto foi feito por entender que algumas características mecânicas da resina epóxi aproximam-se das do concreto. Para a definição do novo modelo de ancoragem, uma análise simplificada, utilizando o Método dos Elementos Finitos (MEF), foi feita em dois modelos de ancoragens recomendados na API RP 17B (2002) e utilizado por alguns fabricantes, no intuito de verificar as distribuições das tensões ao longo desses arames dentro do terminal conector quando envolto pela resina epóxi. Esta análise destacou as regiões ao longo dos arames onde havia concentrações das tensões. Utilizando-se dessas informações, foi desenvolvida uma nova configuração para o arame dentro da resina de maneira a minimizar esses concentradores de tensão, permitindo assim que o modelo de ancoragem proposto tenha um melhor desempenho em fadiga. Para tanto, as verificações desses modelos feitas através do MEF e validadas através de ensaios experimentais em escala reduzida, mostraram que o modelo proposto apresentou reduções do KT da ordem de 16,5% e das tensões na resina de 60% quando comparados aos outros dois modelos comerciais. Após essas avaliações protótipos do novo terminal conector foram confeccionados em escala real e montado a dois pedaços de duto flexível de 2,5" de diâmetro, compondo assim dois corpos de prova: o CP1 e o CP2, os quais foram submetidos a ensaios de tração estáticos e carregamentos dinâmicos. Nos ensaios o CP1 foi submetido a uma carga máxima em tração de 844 kN e após esse carregamento, a não evidência de ruptura nos arames da armadura de tração o levou para o ensaio de fadiga com cargas em tração variando entre 130 e 304 kN a uma freqüência de 1Hz para uma vida de 1.000.000 de ciclos de carga. O resultado desse ensaio mostrou a viabilidade do conceito, uma vez que se atingiu a 1.000.000 de ciclos de carga sem a ruptura de qualquer arame dentro do terminal conector, evidenciado através da dissecação. Para finalizar os trabalhos, um segundo corpo de prova (CP2) foi confeccionado, obedecendo as recomendações estipuladas na API RP 17B (2002). Ensaiado com os mesmos parâmetros do CP1, se conseguiu levá-lo a fase de Dano igual a 1. Ao final desse ensaio observaram-se a ruptura de alguns arames na região mediana sobre o duto flexível que unia os dois conectores. Já as dissecações não mostraram evidências de arames rompidos internamente aos conectores. / This work focuses on the evaluation of the fatigue of life in a new model of end fitting for unbounded flexible pipe (risers). The tests had been made taking in consideration only the structural part of these risers, in order to test a new configuration of anchorage of the tensile armor found in equipment known as an end fitting. It is inside of this component that the tensile armor wires are fixed by epoxy resin in the set with specific configuration in this way allowing the sustentation these flexible pipes when the fixed offshore platforms. For the choice of the new model of anchorage considered here, beyond the reference if taking an analogy to the models used in the anchorage dues ones of the metallic bars used in prestressed concrete. This was made by understanding that some mechanical characteristics of the epoxy resin are come close to the concrete. For the definition of the new model of anchorage, the simplified analysis, using the Finite Element Method (FEM), was made in two models of anchorage dues recommended in API RP 17B (2002) and used by some manufacturers, in intention to verify the distributions tensions along the wires within of the end fitting when wrapped for the epoxy resin. This analysis highlighted the wires throughout the regions where it had concentrations of the tensions. Using these information of itself, a new configuration for the wire inside of the way resin was developed to minimize these concentrators of tension as soon as, allowing anchorage of the considered model one has better performance in fatigue. For in such a way, the verifications of these models made through the FEM and validated through experimental tests in reduced scale, had shown that the considered model presented reductions of the KT of the order of 16.5% and stress in the resin of 60% when compared with the others two commercial models. After these evaluations archetypes of connecting the new end fitting had been confectioned in real scale and mounted two pieces of flexible pipe of 2.5" of diameter, thus composing test of two bodies: the CP1 and the CP2, which had been submitted the static tension tests and dynamic loads tests. In the tests the CP1 was submitted to tension in the maximum load of 844 kN and after this shipment, the evidence of rupture in the wires of armor did not take the tension it for the tests of fatigue in traction with loads varying between 130 and 304 kN to the frequency of 1Hz for a life of 1,000,000 cycles of load. The result of this test showed the viability of the concept, that if the team reached the inside of 1,000,000 load cycles without the rupture of any wire of the end fitting, evidenced through the dissection. To finish the works, the body of the test (CP2) it was confectioned, obeying to the recommendations stipulated in API RP 17B (2002). Tested with the same parameters of CP1, were taken to the stage Damage equal to 1. To the end of this test they had observed it rupture of some wires in the region on the medium flexible pipe that joined the two end fittings. Already the dissections had not shown evidence of broken internally wires to the end fittings.

Este trabalho tem por objetivo avaliar a capacidade de detecção e dimensionamento de descontinuidades internas em juntas soldadas dissimilares e cladeadas com a utilização da inspeção por ultrassom através da técnica de Phased Array. Este estudo se justifica pela possibilidade da aplicação desses materiais nas atividades de exploração de petróleo no campo offshore com a utilização de dutos rígidos de aço carbono com revestimento interno de Inconel. As juntas circunferenciais foram soldadas com material austenítico e foram realizados ensaios com juntas sem a realização do amanteigamento do bisel e com corpos de provas que receberam camadas de amanteigamento que tem a finalidade de aumentar a resistência à corrosão-fadiga da junta circunferencial. A tubulação soldada tinha como material de base um aço ferrítico API 5L X-52 com revestimento interno de Inconel 625. As descontinuidades foram inseridas nos passes de raiz fabricadas com o processo de soldagem TIG, nos passes de enchimento através do processo por eletrodos revestidos e na região da raiz através do processo de eletroerosão com a finalidade de simular uma falta de fusão na raiz. Para as inspeções foram adotados as varreduras setorial e linear com duas posições do cabeçote em relação à linha de centro da solda. Estas foram realizadas com o intuito de avaliar a capacidade de detecção e dimensionamento das descontinuidades através da utilização de ondas transversais com freqüência de 5 MHz e assim analisar os resultados encontrados para poder viabilizar a aplicação desta técnica como ferramenta de inspeção nestes equipamentos. Análises metalográficas serviram para realizar o dimensionamento real das descontinuidades e caracterizar a micrografia do metal de base, zona afetada pelo calor e metal de solda para poder correlacioná-los com os resultados encontrados nas inspeções por Phased Array. Assim com os resultados encontrados foi possível demonstrar a possibilidade de aplicação da técnica de Phased Array na inspeção das juntas dissimilares e cladeadas. / This work aims to evaluate the detection capability and sizing of internal discontinuities in dissimilar welded and claded joints with the use of Phased Array ultrasonic inspection technique. This study was performed due to the possibility of the application of those materials in the activities of exploration of petroleum in the offshore field with the use of rigid risers of carbon steel with internal covering of Inconel. The girths joints were welded with material austenitic and testing were accomplished with joints without the realization of the buttering of the bevel and with specimens that received layers of buttering that has the purpose of increasing the resistance to the corrosion-fatigue of the girth joint. The welded piping had as base material a ferritic steel API 5L X-52 with internal overlay of Inconel 625. The discontinuities were inserted in the root pass manufactured with the welding process TIG, in the filler pass through the process by covered electrodes and in the area of the root through the electric discharge machining process with the purpose of simulating a lack of fusion in the root. For the inspections the sectorial and linear sweepings were adopted with two positions of the transducer in relation to the line of center of the weld. This was performed with the intention of evaluating the detection capacity and sizing of discontinuities through the use of shear waves frequently of 5 MHz and like this to analyze the results found to make possible the application of this technique as inspection tool in these equipments. Metallographic analyses were to accomplish the real sizing of the discontinuities and to characterize the micrograph of the base metal, affected area for the heat and weld metal to correlate them with the results found in the inspections by Phased Array. Like this with the found results it was possible to demonstrate the possibility of application of Phased Array technique in the inspection of the dissimilar and claded joints.

Submitted by infopei ufba (infopei@ufba.br) on 2016-09-29T12:54:17Z No. of bitstreams: 1 dis_alberto_o_de_almeida.pdf: 3139975 bytes, checksum: b396cfc07087df55af94c5a876e38dbf (MD5) / Approved for entry into archive by Escola Politécnica Biblioteca (biengproc@ufba.br) on 2017-03-08T17:49:53Z (GMT) No. of bitstreams: 1 dis_alberto_o_de_almeida.pdf: 3139975 bytes, checksum: b396cfc07087df55af94c5a876e38dbf (MD5) / Made available in DSpace on 2017-03-08T17:49:53Z (GMT). No. of bitstreams: 1 dis_alberto_o_de_almeida.pdf: 3139975 bytes, checksum: b396cfc07087df55af94c5a876e38dbf (MD5) / A presente dissertação tem como tema a recuperação de compostos orgânicos voláteis (COVs), em especial do Tetrahidrofurano (THF), e consiste em um estudo de caso de uma fábrica de tubos receptores orgânicos (OPC), visando propor alternativas para a recuperação do principal solvente utilizado na solução, o THF, para permitir o seu reuso no processo. O THF é um composto orgânico volátil que é parte integrante de uma solução química utilizada na produção de Tubos Fotorreceptores Orgânicos (OPC), que ainda possui em sua formação o Acetato de N-Butila, o Monoclorobenzeno (MCB), o Xileno e o Butanol. A importância da aplicação desse estudo de caso no contexto industrial é a proposta de substituição do método de incineração térmica, atualmente utilizado para abater as emissões gasosas e os efluentes líquidos gerados no processo, por um outro método que proporcione a utilização de uma tecnologia mais limpa, e que possibilite o reuso do THF no próprio processo, devido ao seu alto valor agregado. A metodologia utilizada para alcançar os objetivos propostos foi compreendida por duas etapas: a primeira etapa envolveu a coleta dos dados do processo durante um período de oito meses, e a segunda etapa consistiu na realização de simulações no “software” ChemCAD 3.0, nos métodos de Absorção e Destilação. Durante o estudo, também, identificou-se a existência de processos comerciais para a recuperação e separação do THF através dos métodos de Adsorção e Destilação, comprovando desta maneira a eficácia da proposta deste estudo de caso. Durante as simulações foi possível constatar que o método de Absorção seguido por Destilação pode ser aplicado como alternativa viável à incineração, desde que sejam verificadas algumas variáveis, a exemplo da vazão mássica de ar utilizada para insuflar o interior das salas de revestimento dos tubos fotorreceptores, cuja finalidade é apenas servir como transporte das emissões gasosas para o incinerador. Em função dos resultados verificados durante as simulações, se conclui que os métodos ensaiados são potenciais alternativas para a recuperação e separação do THF no processo de produção de OPC.

Embora a órtese de Palmaz tenha sido utilizada para tratamento de graves obstruções da via aérea, em pacientes com traqueomalacia ou estenose após traqueoplastia, não existe nenhum estudo experimental sobre o uso desta órtese. Este trabalho foi então realizado com o objetivo de determinar o efeito do uso experimental da órtese de Palmaz emtraquéias normais e previamente submetidas a cirurgia. A órtese de Palmaz foi colocada, através de broncoscopia e sob controle fluoroscópico, na traquéia intratorácica de quatro grupos de gatos anestesiados. Nos animais dos grupos I (adultos, n=10) e fi (filhotes, n=10), a órtese foi colocada na traquéia normal. Animais do grupo m (adultos, n=15) submeteram-se a toracotomia, incisão e sutura traqueal, e aqueles do grupo IV (adultos, n=15) à toracotomia e traqueoplastia com pericárdio. Nos grupos m e IV, a órtese foi inserida em dez animais, tendo cinco sido utilizados como controle. Balonete de 15 mm de diâmetro foi usado para expandir a órtese nos animais do grupo I; balonete de 8mmfoi usado nos demais grupos. Os animais foram avaliados diariamente. Broncoscopia e radiografia de tórax foram feitas em 2, 5, 8 e 10 semanas. Metade dos animais com órtese foram sacrificados em 5 semanas; todos os demais em 10 semanas. Após sacrificio foram realizados histologia e medida dos diâmetros traqueais. Testes t de student e exato de Fisher foram utilizados, considerando-se 0,05 como o nível mínimo de significância. Um animal do grupo I foi sacrificado após perfuração traqueal provocada pela órtese. A não ser episódios intermitentes de tosse observados em 19 gatos, e recusa alimentar com perda de peso em três do grupo IV, nenhum outro problema clínico foi notado. Em todos os grupos, a média de peso na inserção da órtese foi igualou menor do que aquela observada no momento do sacrificio dos animais. Traqueoscopia revelou tecido de granulação não obstrutivo, caracteristicamente localizado nas extremidades da órtese, em 15 animais dos grupos I e fi, e em 17 dos grupos fi e IV. Tecido de granulação também foi observado na região da cirurgia traqueal prévia, nos animais com órtese dos grupos m, e em todos do grupo IV. Esofagoscopia realizada nos animais com recusa alimentar e perda de peso excluiu esofagite ou obstrução esofágica. No grupo I, a área seccional da traquéia com órtese foi significativamente maior do que aquela da traquéia normal (p<O,02); no grupo IV, a área seccional de traquéia operada sem órtese (controle) foi significativamente menor do que aquela da traquéia normal (p<O,02). Histologia mostrou discretas modificação epitelial e reação inflamatória com formação de tecido de granulação na traquéia de todos os animais com a órtese. Entretanto, estas alterações histológicas foram mais graves naqueles gatos do grupo I (órtese demasiadamente distendida), nos quais também foram observados fibrose e ulceração epitelial. No grupo fi, os animais com órtese apresentaram maior reação inflamatória, formação de tecido de granulação e modificação epitelial do que aqueles animais sem órtese (controle). Com este estudo, podemos concluir que, no gato, (1) a órtese de Palmaz, quando adequadamente expandida, provoca uma reação inflamatória leve na traquéia normal e previamente operada; (2) em caso de expansão demasiada da órtese (grupo I), as alterações histológicas são mais graves e é comum a observação de perfuração traqueal; (3) a órtese, inserida após sutura traqueal, provoca formação de tecido de granulação e maiores danos histológicos; (4) naqueles animais submetidos a traqueoplastia, a órtese de Palmaz mantém a área traqueal na região operada. / Palmaz stents have been used to relieve severe airway obstructions in patients with tracheobronchomalacia and post tracheoplasty stenosis. Experimental data to support their use are lack:ing. This study was undertaken to determine their effect on the normal and fresh1y operated trachea. Palmaz stents were placed bronchoscopically with f1uoroscopic control in thoracic tracheas of 4 groups of anesthetized cats. Gp I (adults, n=10) and Gp fi (kittens; n=lO): normal tracheas; Gp m(adults, n=15): thoracotomy, traeheal incision and closure; Gp IV (adults, n=15): thoracotomy, traeheoplasty with pericardial pateh. In Gp mand IV, stents were inserted in 10 and 5 served as controls. The balloon stents were inflated to 15 mmin Gp I and to 8 mmin the others. Cats were assessed daily, and by bronchoscopy and x-ray at 2, 5, 8 and 10 weeks. Halfthe stented animaIs were sacrificed at 5 weeks; all others at 10. At autopsy, tracheas were evaluated by size, contoU! and histology. Fiseher's and Student's "t" tests were utilized, and 0.05 was the significance leveI. One Gp I animaIs was sacrificed because of tracheal perforation. Except for mild cough in 19 eats, and difficulty of eating with loss ofweight in three, no clinicaI problems were noted. A non obstructing rim of granulation tissue at the upper or lower end of the stent in 15/20 Gp I and fi cats, and in 17/20 Gp m and IV animaIs, and also at the tracheal repair site in stented Gp m and all Gp IV. Endoscopy excluded esophagus inflammation and obstruction in animaIs with difficulty of eating and loss of weight. The difference in cross-sectional area ofthe stented versus the normal trachea in Gp I cats was significant (p<0.02); in Gp IV, the control (unstented) tracheoplasty site was narrower than the normal trachea (p<0.02). Mild epithelial damaged and inflammatory reaction with granulation tissue was observed in all stented animaIs, but Gp I (over distention) the reaction was more severe with epithelial ulceration and fibrosis. Stented tracheas in Gp m had significantly more inflammatory reaction, granulation tissue and epithelial damaged than eontrols. We ean conelude this study that: 1) Adequate expanded Palmaz stents provoke an inflammatory reaetion in the normal and fresh1y operated upon cat trachea; 2) Overexpanded (Gp I) Palmaz stents provoke traeheal perforation and severe histologic damage; 3) Palmaz stents insertion afier tracheal suture in cats provoke more granulation tissue and histologic damage; 4) Palmaz stents maintain the normal lumen size afier pericardial tracheoplasty in eats.

Os sistemas solares de aquecimento de água são uma forma de produção de energia não poluente, que já faz parte da matriz energética brasileira. O uso deste tipo de sistemas traz benefícios econômicos ao país e principalmente a quem os utiliza, devido à poupança no uso de outras fontes de energia para o aquecimento da água. No Brasil o aquecimento solar de água é realizado, principalmente, por coletores solares planos, tecnologia bem conhecida e fabricada no país a preços baixos. Mas atualmente há uma outra tecnologia que está sendo difundida no âmbito nacional, os coletores solares de tubos a vácuo, os quais estão sendo produzidos internacionalmente em uma escala maior, importados e comercializados a preços mais competitivos no mercado nacional. Por isto é necessário entender estes sistemas e o seu funcionamento para evitar erros na sua instalação e otimizar sua operação. Nesta dissertação é realizada uma análise comparativa de um sistema de aquecimento de água composto por um coletor solar de tubos de vidro a vácuo de extração de calor por transferência direta operando em circulação forçada com o mesmo sistema operando em circulação por termossifão. Esta comparação foi realizada determinando a energia anual que o sistema pode produzir para cada tipo de circulação, a qual foi calculada usando como referência a norma ISO 9459-2 e os dados climáticos da cidade de Porto Alegre do Estado do Rio Grande do Sul. Também foram realizadas medições da vazão em termossifão, entre o reservatório e o coletor solar, e foi determinado o coeficiente de perdas térmicas do tanque reservatório segundo os procedimentos da mesma norma. Para isto foi realizada a montagem de uma bancada experimental, com sensores e instrumentos de medida que foram calibrados. Para o sistema de aquecimento testado, os resultados mostram que o sistema trabalhando em circulação por termossifão produz maior quantidade de energia no ano do que o sistema em circulação forçada, onde se observou que a estratificação no tanque reservatório era menor. Também foi observado que a máxima vazão em termossifão para este sistema de aquecimento de água foi de 0,5 L/min. / Solar water heating systems are a method of clean energy production, which is already part of the Brazilian energy matrix. The use of these systems brings economic benefits to the country and especially who use them due to savings in the use of other sources of energy for heating water. In Brazil, the solar water heating is carried out mainly by flat solar collectors, which is a widely known technology because it is produced in the country at low prices. But recently, there is another technology that is being used named: evacuated solar collectors. These collectors are being worldwide produced on a large scale and they are imported and inserted at competitive prices in the domestic market. Therefore it is necessary to understand these systems and their operation to avoid errors in its installation and optimize their operation. In this work, it is accomplishing a comparative analysis of a solar water heating system composed by a water-in-glass evacuated tube solar collector working in forced circulation with the same system working in thermosyphon circulation. This comparison was performed by determining the annual energy that the system can produce for each type of circulation, which was calculated based on the ISO 9459-2 standard and the climatic data of the Porto Alegre city, state of the Rio Grande Do Sul. Also, it was performed thermosyphon measurements between the thermal reservoir and the solar collector, and it was calculated the heat loss coefficient from the reservoir tank according to the procedures of ISO 9459-2 standard. To do so, a testing bench was made, with sensors and measuring instruments which were calibrated before use. For the heating system tested, the results show that the system with thermosyphon circulation produces more annual energy than the forced circulation system where the water temperature stratification in the thermal reservoir was lower. Also, it was observed that the maximum thermosyphon flow for this solar water heating system was 0,5 L/min.

Estruturas em material compósito possuem excelentes propriedades mecânicas específicas e sua aplicação em estruturas cresce exponencialmente. Entretanto, por apresentarem alto grau de anisotropia aliado a complexos modos de falha, um completo entendimento dessas estruturas ainda é um árduo desafio. A principal motivação do presente trabalho é avaliar o comportamento mecânico de estruturas em material compósito processadas por filament winding (FW), através de abordagens analítica, numérica e experimental. Laminados de fibra de carbono com resina epóxi foram processados por FW com Vf = 72% em diferentes formatos. Laminados planos foram submetidos a condicionamento higrotérmico e a carregamentos trativos, compressivos e cisalhantes. Também se realizou um estudo numérico focando na determinação da capacidade de transferência de carga do liner (selante) para vasos de pressão (COPV) em compósitos de carbono/epóxi pressurizados internamente. Os vasos de pressão foram modelados considerando variação no ângulo de enrolamento e acúmulo de espessura nas zonas de contorno, para selantes com diferentes materiais e espessura. Além disso, propôs-se um modelo de dano e avaliou-se experimentalmente a progressão da falha de tubos de carbono/epóxi submetidos à pressão hidrostática externa. Os resultados indicam que o dano causado pelo condicionamento higrotérmico afetou a interface fibra/matriz, onde um efeito plasticizante foi encontrado através de análise fractográfica. A superfície de falha no plano 22−12, determinada analiticamente, indicou o dano causado após o condicionamento. Já os resultados numéricos para um vaso de pressão pressurizado internamente indicaram que o selante efetivamente transfere tensão no seu regime elástico e sua contribuição diminui para maiores níveis de pressão. Por fim, o modelo de dano proposto para avaliar tubos submetidos à pressão externa apresentou previsões numéricas não maiores que 8,4% em relação aos dados experimentais, além de ser capaz de indicar precisamente o seu modo de falha. / Composite structures have excellent specific mechanical properties, and their application in structures grows exponentially. Nonetheless, due to their high anisotropy degree, and complex failure modes, a complete understanding of these structures is still a tough challenge. The main motivation of the current work is to investigate the mechanical behavior of composite structures manufactured by filament winding (FW) through analytical, numerical and experimental approaches. Carbon fiber reinforced epoxy composite laminates have been manufactured by FW with a Vf = 72% in several shapes. Flat laminates were submitted to hygrothermal conditioning and subjected to tensile, compressive and shear loadings. Also, a numerical study focusing on the determination of the load sharing ability of the liner for carbon/epoxy composite overwrapped pressure vessel (COPV) under internal pressure has been performed. The COPV was modeled accounting for winding angle variation and thickness built-up at the turn-around zones, for liners with different raw materials and thicknesses. Furthermore, a damage model has been proposed, and experiments were carried out to study failure progression in carbon/epoxy composite tubes under hydrostatic external pressure. The results of this research point out that the damage caused by hygrothermal conditioning affected the fiber/matrix interface, where a plasticizing effect was identified through fractographic analysis. The analytically determined failure surface in the 22−12 plan pointed out the damage generated after conditioning. The numerical results for internally pressurized COPV indicated that the liner effectively shared stress on its elastic regime, and its contribution decreased for higher pressure levels. Lastly, the proposed damage model to evaluate composite tubes subjected to external pressure presented numerical predictions not higher than 8.4% in comparison to the experimental results, being able to indicate their failure modes.

Este trabalho apresenta um estudo acerca dos principais parâmetros que caracterizam o fenômeno da biestabilidade em dois tubos dispostos lado a lado submetidos a escoamento cruzado turbulento. A técnica experimental da anemometria de fio quente em canal aerodinâmico é aplicada na medição das flutuações de velocidade do escoamento após os tubos. As séries temporais obtidas são utilizadas como dados de entrada para determinação das funções densidade de probabilidade (PDF) usando um modelo de mistura finita, de acordo com uma função t de Student assimétrica e com o auxílio do método de Monte Carlo. Transformadas de ondaletas discretas e contínuas são aplicadas na filtragem das séries temporais para determinadas bandas de frequências e na análise do conteúdo de energia destes sinais. Através de conceitos de sistemas caóticos, é realizada a reconstrução do atrator do problema pelo método dos atrasos temporais, a partir das séries experimentais de velocidade, permitindo a determinação da dimensão de imersão e o cálculo do maior expoente de Lyapunov. Os resultados mostram a existência de dois patamares distintos de velocidade média nas séries temporais, correspondentes aos dois modos do escoamento, cada qual com números de Strouhal e funções densidade de probabilidade distintas. Uma análise conjunta das componentes axial e transversal do escoamento e suas PDF indicam as regiões no plano de medições onde o fenômeno se manifesta, sendo que reconstruções da trajetória filtrada das séries temporais para determinadas bandas de frequências apresentam características caóticodeterminísticas. O maior expoente de Lyapunov das séries experimentais é positivo, o que é um indício de comportamento caótico. / This work presents a study of the main parameters that characterize the phenomenon of bistability in two tubes placed side by side submitted to turbulent crossflow. The experimental technique of hot wire anemometry in aerodynamic channel is applied in the measurement of velocity fluctuations of the flow after the tubes. The time series obtained are used as input data for determining the probability density functions (PDF) using a finite mixture model, according to an asymmetric Student t function and with the aid of a Monte Carlo method. Wavelet transforms are applied in discrete and continuous filtering of time series for certain frequency bands and in the analysis of the energy content of these signals. By means of chaotic systems concepts, the attractor reconstruction of the problem is performed using the method of time delays from the experimental series of velocity, allowing the determination of the embedding dimension and calculating the largest Lyapunov exponent. The results show the existence of two different levels of mean velocity in time series, corresponding to two flow modes, each one with different Strouhal numbers and probability density functions. A joint analysis of axial and transverse components of flow and its PDF indicate the regions in the measurement plan where the phenomenon is manifested, and reconstructions of the trajectory of the filtered time series for certain frequency bands have chaotic-deterministic characteristics. The largest Lyapunov exponent of experimental series is positive, which is an indication of chaotic behavior.

A necessidade de exploração de petróleo em águas profundas exige o emprego de dutos flexíveis com desempenho em fadiga adequado, sendo as armaduras de tração deste tipo de duto as camadas mais críticas para este tipo de solicitação. Atento a isto, este trabalho mostra o desenvolvimento de um novo conceito de armaduras de tração, que são construídas com cabos de aço. Para avaliar o desempenho dos cabos de aço na armadura tração foi elaborada uma configuração de armadura, com a seleção e aplicação de cabos de aço disponíveis no mercado nacional. Além da caracterização metalúrgica, dimensional e mecânica, foram feitos ensaios de fadiga ao ar e em água do mar sintética no cabo de aço selecionado. Ensaios em fadiga de uma seção da conexão foram feitos para avaliar as características da falha de fadiga, comparando-as com os tendões maciços. Também foi executada uma análise por elementos finitos para avaliar a distribuição de tensões no interior da resina, sendo validada pelo uso de extensômetros no cabo. Foi projetado e construído um duto com a configuração proposta, além das conexões. Este duto foi ensaiado em tração e fadiga e comparado com um duto de referência, em termos de peso, tensões e rigidez axial e a flexão. Os resultados sugerem um grande aumento na vida em fadiga nas conexões e no ambiente com água do mar. Além disso, o duto construído suportou com sucesso todos os modos de carregamento impostos ao duto de referência, superando o número de ciclos deste. As análises de falha indicaram que o duto desenvolvido apresentou o modo de fratura dúctil, enquanto que os ensaios com as seções da conexão indicaram sinais de fadiga em regiões com falha superficial dos fios. A rigidez axial é similar ao do duto de referência e a rigidez a flexão calculada é superior ao do duto de referência devido ao maior diâmetro das camadas das armaduras. Apesar do maior peso do duto desenvolvido, a resistência específica é similar. / The need for oil exploration in deep water requires the use of flexible pipes with better fatigue performance, and the tensile armor of this type of product layers critical for this type of application. Aware of this, this work shows the development of a new concept of tensile reinforcement, which are built with wire ropes. To evaluate the performance of wire ropes in tensile armor, an armor configuration was developed, with the selection and application of steel cables available in the domestic market. Besides metallurgical characterization, dimensional and mechanical fatigue tests were carried out in air and in synthetic sea water on wire rope selected. Fatigue tests on end-fitting section were made to evaluate the characteristics of fatigue failure, compared with the massive tendons. It has also been performed by finite element analysis to evaluate the stress distribution within the resin, being validated by the use of strain on the wire rope. It was designed and constructed a pipeline with the proposed configuration, in addition to connections. This pipeline was tested in tensile and fatigue compared to a reference pipeline in terms of weight, axial and flexural stiffness and axial tension. The results suggest a large increase in fatigue life on end-fitting and the environment with seawater. Furthermore, the flexible pipe developed successfully endure all modes of loading imposed on the reference pipe, surpassing the number of cycles thereof. The failure analysis indicated that the flexible pipe developed showed ductile fracture mode, while the trials with boxes indicated signs of fatigue failure in the regions with the surface of the wires. The axial stiffness is similar to the reference pipeline and the flexural stiffness calculated is higher than the reference product, due to the greater diameter of the layers of armor. Despite the greater weight of the product developed, the specific resistance is similar.

O riser flexível é composto por várias camadas com funções estruturais específicas. Quanto à resistência mecânica, sua estrutura deve suportar os mais variados tipos de solicitações atuantes de forma combinada ou isolada. Uma das formas isoladas de solicitação é a compressão axial, responsável pela instabilidade radial (gaiola de passarinho) do duto flexível. A instabilidade radial ocorre principalmente quando o duto flexível apresenta danos na bandagem de alta resistência que juntamente com a carga axial compressiva pode levar o riser a falhas catastróficas. Esse dano na bandagem é gerado devido á logística de lançamento, defeitos de projeto ou materiais, carregamentos excessivos ou quedas. Portanto, a presente dissertação objetiva avaliar a relação entre o tamanho do defeito na bandagem de alta resistência e a capacidade de geração da instabilidade radial (birdcaging) para solicitações compressivas atuantes e por consequência propor um critério de falha para o duto flexível. Para concretização do objetivo foi desenvolvido um modelo tridimensional em elementos finitos no software Abaqus, e realização de testes em escala real na bancada de testes do LAMEF (Laboratório de Metalurgia Física) de forma a validar o modelo. Para uma análise da relação entre tamanhos de defeitos, instabilidade radial e cargas compressivas que levam a variações no comportamento mecânico do riser segundo suas rigidezas, foram executados 32 testes através do modelo desenvolvido com variações no tamanho de defeito de acordo com os limitantes geométricos do riser nas direções de largura e comprimento. / The flexible riser consists of several layers with specific structural features. In terms of mechanical strength, its structure must resist to all kinds of loads, acting combined or isolated. One of the isolated loads is the axial compression, responsible for radial instability (birdcage) in the duct. The radial instability occurs mainly when flexible pipe has damage in the high strength bandage. When it occurs, combined with the axial compressive load, the duct can be leaded to catastrophic failure. This damage in the bandage is generated due to the logistics of launching, design or material defects, excessive loadings or falls. Therefore, this thesis aims to evaluate the relationship between the size of the defect in high strength bandages and the capacity of generating radial instability (birdcaging) for compressive acting loads and consequently propose a criteria of failure for the flexible duct. To achieve the objective, it was developed a three-dimensional finite element model in Abaqus software and performed tests in a real scale bench on LAMEF (Laboratory of Physical Metallurgy) to validate the model. For an analysis of the relationship between defects sizes, instability and radial compressive loads that lead to changes in mechanical behavior according to riser stiffness, 32 tests were performed through the model developed with variations in the size of defect according to the geometric limitations of the riser in the directions of width and length.

A operação segura e eficiente em unidades de produção de petróleo e gás depende do desempenho de seus dispositivos, componentes e estruturas. Dutos rígidos são importantes componentes utilizados na indústria offshore, comumente empregados como flowlines e risers. Durante a vida em serviço destes componentes, eles sofrem tensões axiais cíclicas associadas a sua movimentação, ao processo de extração de petróleo e ao vórtice das marés. O aço inoxidável superduplex surgiu na última década como um material alternativo para ambientes quimicamente agressivos, mas quando catodicamente protegidos contra a corrosão, esses aços são vulneráveis a fragilização por hidrogênio. Este trabalho tem como objetivo, através da técnica de Ensaio Não Destrutivo de ultrassom phased array, monitorar o crescimento de defeitos internos e externos criados intencionalmente próximos à raiz e ao reforço da solda de um tubo de aço superduplex (UNS S32750) de 6´´ submetido a fadiga tração-tração e fragilização induzida por hidrogênio devido à proteção catódica. As inspeções foram realizadas periodicamente com varreduras de 30 a 75° ao longo da circunferência da solda, por um transdutor linear 1-D de 16 elementos e 5MHz acoplado a uma sapata de 36°. Os resultados obtidos foram utilizados para alimentar análises de integridade estrutural, obtenção da curva da/dN x ΔK. / Safe and efficient operation in oil and gas production units depends on the performance of your devices, components and structures. Rigid pipelines are important components in the offshore industry, common used as flowlines and risers. During a life in service of components, they suffer cyclical axial stresses associated with their movement, by the oil extraction process and tidal vortex. Super duplex stainless steel has emerged in the last decade as an alternative material for chemically aggressive environments, but when cathodically protected against corrosion, it is vulnerable to hydrogen embrittlement. This work aims to, through the ultrasonic non-destructive testing by phased array monitor the growth of internal and external defects created intentionally close to the root and reinforcement of the weld of a superduplex steel tube (UNS S32750) with diameter of 6" submitted to tensile-traction fatigue and hydrogen-induced embrittlement due to cathodic protection. The inspections were performed periodically with 30 to 75° scans along the circumference of the weld, by a linear transducer of 1-D, 16-element and 5MHz coupled to a wedge of 36°. The obtained results were used to feed structural integrity analyzes, obtaining the curve of da/dN x ΔK.