Este trabalho apresenta um estudo experimental acerca do fenômeno da biestabilidade em bancos de tubos de arranjo triangular submetidos a escoamento cruzado turbulento. São estudados os escoamentos sobre dois tubos dispostos lado a lado, três tubos e bancos de tubos que variam de uma a cinco fileiras, com até 23 tubos em arranjo triangular. A técnica experimental aplicada consiste na medição das flutuações de velocidade em canal aerodinâmico utilizando a técnica de anemometria de fio quente e na visualização do escoamento em canal hidráulico utilizando injeção de tinta. Os dados medidos em canal aerodinâmico são tratados através de ferramentas estatísticas, espectrais e de ondaletas, e os resultados das visualizações do escoamento são apresentados através de imagens obtidas das filmagens realizadas com uma câmera digital. Os resultados confirmam a existência do fenômeno da biestabilidade para dois tubos dispostos lado a lado, que é o caso clássico apresentado na literatura e para três tubos em arranjo triangular, onde um tubo posicionado a montante e dois a jusante. Para uma fileira de tubos não é identificada a biestabilidade em canal aerodinâmico. Existe um estado estável que pode mudar entre dois experimentos consecutivos, mas sempre estável. Porém, as visualizações de escoamento em canal hidráulico mostram a ocorrência da biestabilidade para um dos modos do escoamento. Para duas fileiras de tubos a biestabilidade também é identificada, e para a terceira, quarta e quinta fileiras o escoamento que emana das fendas entre os tubos apresenta uma rápida alternância, de um lado para outro, com a presença de uma componente transversal, observada a partir das visualizações. A técnica de visualização de escoamento empregada em canal hidráulico corrobora a interpretação dos resultados obtidos através da técnica de anemometria de fio quente em canal aerodinâmico. / This work presents an experimental study concerning the bistability phenomenon in banks of tubes of triangular arrangement submitted to a turbulent cross flow. The flow through two tubes located side by side, three tubes and banks of tubes with one to five rows is studied, with a maximum of 23 tubes in triangular arrangement. The experimental techniques consists in the measurement of the fluctuating velocities in an aerodynamic channel, using hot wire anemometry technique, and in a water channel, by means of flow visualizations in using ink injection. Analysis of hot wire experimental results is made through statistical, spectral and wavelet tools and the results of the flow visualizations are presented through pictures obtained from digital movies. The results confirm the existence of the bistability phenomenon for two tubes located side by side that is the classical case presented in the literature and for three tubes in triangular arrangement, where one tube is located upstream and two downstream. For one row of tubes the bistability is not identified in aerodynamic channel. There is a stable state that can change between two consecutive experiments, but never bistable. However, the flow visualizations in water channel show the occurrence of the bistability for one of the flow modes. For two rows of tubes the bistability is also identified, and for the third, fourth and fifth rows the flow that emanates from the gaps between the tubes present a flip-flop behavior, with the presence of a transverse component, observed from the visualizations. The applied flow visualization technique in water channel supports the interpretation of the results obtained through the hot wire anemometry technique in the aerodynamic channel.

A integridade estrutural de um duto representa um fator importante na confiabilidade do transporte de gás natural e de petróleo e seus derivados. Uma parte significativa dos custos de manutenção é oriunda da necessidade de correção de defeitos surgidos, tanto no período de operação normal quanto por acidentes durante a manutenção da linha. Estes defeitos podem envolver a perda de espessura da parede por corrosão, trincas, riscos e amassamentos. Os materiais mais modernos utilizados na construção de dutos, como aços API 5L X65 e X70, tem melhorado muito seu desempenho quanto à capacidade de deformação e resistência e, por isso, existe a necessidade de avaliação dos novos materiais utilizados quanto à tenacidade à fratura e resistência à fadiga. Na tentativa de evitar o prejuízo decorrente de vazamentos em dutos, foi avaliado nesta dissertação o comportamento de trincas em dutos procurando evitar a interrupção de funcionamento das linhas no campo, aumentando o tempo de operação antes de uma parada. O trabalho a seguir visou estabelecer a comparação do efeito do retardo de trinca em corpos de prova tipo compact tension com trincas em dutos reais utilizados em gasodutos, simulando comportamento de campo. O material utilizado no estudo foi o aço API 5L grau X65. Foram avaliados dutos com 22 polegadas de diâmetro externo e espessura de parede de 0,5 polegadas com trincas propagadas em fadiga a partir de entalhes usinados por eletro-erosão na raiz da solda longitudinal. As cargas de fadiga foram aplicadas através de variações da pressão interna. Os resultados mostraram que as sobrecargas aplicadas sobre as trincas propagadas nos dutos tiveram efeito positivo no efeito de retardo de crescimento da trinca descrevendo os resultados obtidos nos corpos de prova ensaiados em máquina de ensaio universal. O ganho de vida em fadiga foi significativo nos corpos de prova e tubos com sobrecargas aplicadas, comprovando o efeito da técnica estudada. / The structural integrity of pipelines represents an important factor in the reliability of transportation of natural gas and petroleum and its derivatives. A significant part of maintenance costs come from the need to correct the defects that comes during normal operation or by accident during maintenance of the lines. These defects can involve loss of thickness due to corrosion, cracks, scratches and dents. The new materials used in construction of pipelines, as steel API 5L X65 and X70, has greatly improved its performance in terms of strength and deformation capacity, and therefore, there is a need to assess new materials on the fracture toughness and fatigue resistance. In attempt to prevent the damage caused by leaks in pipelines, was evaluated in this paper the behavior of cracks, in the aim to avoid the interruption of operation of field lines, increasing the operating time before stop maintenance. The work aims to establish the comparison between the effect of crack retardation in compact tension specimens with cracks in real pipelines, simulating field behavior. The material evaluated was steel API 5L X65. Pipes with 22 inches outside diameter and wall thickness of 0,5 inches were tested in fatigue, propagating cracks form notches machined by spark erosion at longitudinal seam weld. The fatigue loads were applied by varying the internal pressure. The results shown that the overloads applied to the propagated cracks in the pipes had a positive effect on the crack growth retardation, describing the results obtained in specimens tested in a universal testing machine. The increase in fatigue life was significant in the specimens and pipes with overload application, confirming the effect of the technique studied.

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Ciências Mecânicas, 2013. / Submitted by Alaíde Gonçalves dos Santos (alaide@unb.br) on 2014-01-17T13:29:49Z No. of bitstreams: 1 2013_RafaelNunesTorres.pdf: 5160938 bytes, checksum: fec103fb947fa3b37dd68e8d66e36f3f (MD5) / Approved for entry into archive by Guimaraes Jacqueline(jacqueline.guimaraes@bce.unb.br) on 2014-02-05T12:55:31Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2013_RafaelNunesTorres.pdf: 5160938 bytes, checksum: fec103fb947fa3b37dd68e8d66e36f3f (MD5) / Made available in DSpace on 2014-02-05T12:55:31Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2013_RafaelNunesTorres.pdf: 5160938 bytes, checksum: fec103fb947fa3b37dd68e8d66e36f3f (MD5) / Tubos flexíveis são produtos utilizados pela indústria petrolífera para produção e transporte de petróleo de poços submarinos até plataformas e FPSO's (Floating Production Storage and Offloading). Esses tubos podem ser compostos por diversas camadas metálicas, poliméricas e/ou compósitos que podem ou não possuir contato entre si. Uma dessas camadas é a armadura de pressão, que é uma fita de aço intertravada responsável pela resistência à pressão interna. O intertravamento permite liberdade de movimento relativo entre as partes em contato. As tensões de contato podem se tornar significativas devido aos esforços atuantes no tubo. Esse movimento pode gerar desgaste entre as superfícies da armadura de pressão, o que se agrava na presença de partículas arrancadas das mesmas, caracterizando o desgaste abrasivo. Utilizou-se nesse trabalho uma técnica de cálculo do coeficiente de desgaste chamada de desgaste micro-abrasivo por esfera rotativa. Esse tipo de desgaste forma na superfície uma cratera esférica. Com base nas características de ensaio e com o diâmetro superficial da calota obtêm-se o coeficiente de desgaste. As características de projeto exigem que o material base da armadura de pressão possua uma certa ductibilidade, característica que vai na contramão da resistência ao desgaste. Foram utilizadas duas técnicas de tratamentos térmicos de forma a avaliar suas influências no coeficiente de desgaste do material. São elas, o tratamento criogênico (24 horas a -196°C) e nitretação a plasma (10 e 30 horas, a 70%N), comumente utilizados em ligas metálicas para aumentar a resistência ao desgaste. Além do coeficiente de desgaste, foi feita a avaliação da microdureza Vickers, análises comparativas micro-estruturais. Em relação aos testes de desgaste abrasivo, as nitretações à plasma reduziram o coeficiente de desgaste e aumentaram a dureza nas regiões próximas à superfície, entretanto o tratamento criogênico não se mostrou eficiente na redução do coeficiente de desgaste e no aumento da microdureza. _______________________________________________________________________________________ ABSTRACT / Flexible pipes are materials used by the Oil and Gas industry for production and transportation of oil from subsea wells to platforms and FPSO (Floating Production Storage and Offloading). These tubes can be composed by polymeric, metallic and/or composites materials layers which may have contact with each other. One of these layers is the armor pressure, which is a helical interlocked steel tape responsible for the resistance to internal pressure. Due to the interlocking, surfaces are in contact under tension and because of the pipe flexibility the surfaces have relative motion. This movement can cause wear between the surfaces which worsens the presence of particles torn off these surfaces, characterizing abrasive wear. The micro abrasive tests by rotating ball were carried out to obtain the wear resistance of the armour pressure. The abrasive wear coefficient is calculated using the diameter of the ball, the surface crater and the velocity parameters adjusted for each test. Due to design features of the pipe, the base material of the armour pressure should be a ductile material, which does not have a high wear resistance. In order to obtain better performances of wear cryogenic treatment (24 hours at 196°C) and plasma nitriding (10 and 30 hours, atmosphere of 70%N) were carried out; both treatments are commonly used for increase wear resistance in metallic alloys. In addition to the treatments, were performed the Vickers micro hardness and the micro structural characterization. In relation to the abrasive wear tests, the plasma nitriding treatments reduced the wear coefficient and raised the micro hardness (HV0,3) near the surface region, but the cryogenic treatment doesn't achieved the expected result on reducing the wear coefficient and on raising the micro hardness.

Este trabalho apresenta um estudo experimental acerca do fenômeno da biestabilidade em bancos de tubos de arranjo triangular submetidos a escoamento cruzado turbulento. São estudados os escoamentos sobre dois tubos dispostos lado a lado, três tubos e bancos de tubos que variam de uma a cinco fileiras, com até 23 tubos em arranjo triangular. A técnica experimental aplicada consiste na medição das flutuações de velocidade em canal aerodinâmico utilizando a técnica de anemometria de fio quente e na visualização do escoamento em canal hidráulico utilizando injeção de tinta. Os dados medidos em canal aerodinâmico são tratados através de ferramentas estatísticas, espectrais e de ondaletas, e os resultados das visualizações do escoamento são apresentados através de imagens obtidas das filmagens realizadas com uma câmera digital. Os resultados confirmam a existência do fenômeno da biestabilidade para dois tubos dispostos lado a lado, que é o caso clássico apresentado na literatura e para três tubos em arranjo triangular, onde um tubo posicionado a montante e dois a jusante. Para uma fileira de tubos não é identificada a biestabilidade em canal aerodinâmico. Existe um estado estável que pode mudar entre dois experimentos consecutivos, mas sempre estável. Porém, as visualizações de escoamento em canal hidráulico mostram a ocorrência da biestabilidade para um dos modos do escoamento. Para duas fileiras de tubos a biestabilidade também é identificada, e para a terceira, quarta e quinta fileiras o escoamento que emana das fendas entre os tubos apresenta uma rápida alternância, de um lado para outro, com a presença de uma componente transversal, observada a partir das visualizações. A técnica de visualização de escoamento empregada em canal hidráulico corrobora a interpretação dos resultados obtidos através da técnica de anemometria de fio quente em canal aerodinâmico. / This work presents an experimental study concerning the bistability phenomenon in banks of tubes of triangular arrangement submitted to a turbulent cross flow. The flow through two tubes located side by side, three tubes and banks of tubes with one to five rows is studied, with a maximum of 23 tubes in triangular arrangement. The experimental techniques consists in the measurement of the fluctuating velocities in an aerodynamic channel, using hot wire anemometry technique, and in a water channel, by means of flow visualizations in using ink injection. Analysis of hot wire experimental results is made through statistical, spectral and wavelet tools and the results of the flow visualizations are presented through pictures obtained from digital movies. The results confirm the existence of the bistability phenomenon for two tubes located side by side that is the classical case presented in the literature and for three tubes in triangular arrangement, where one tube is located upstream and two downstream. For one row of tubes the bistability is not identified in aerodynamic channel. There is a stable state that can change between two consecutive experiments, but never bistable. However, the flow visualizations in water channel show the occurrence of the bistability for one of the flow modes. For two rows of tubes the bistability is also identified, and for the third, fourth and fifth rows the flow that emanates from the gaps between the tubes present a flip-flop behavior, with the presence of a transverse component, observed from the visualizations. The applied flow visualization technique in water channel supports the interpretation of the results obtained through the hot wire anemometry technique in the aerodynamic channel.

A integridade estrutural de um duto representa um fator importante na confiabilidade do transporte de gás natural e de petróleo e seus derivados. Uma parte significativa dos custos de manutenção é oriunda da necessidade de correção de defeitos surgidos, tanto no período de operação normal quanto por acidentes durante a manutenção da linha. Estes defeitos podem envolver a perda de espessura da parede por corrosão, trincas, riscos e amassamentos. Os materiais mais modernos utilizados na construção de dutos, como aços API 5L X65 e X70, tem melhorado muito seu desempenho quanto à capacidade de deformação e resistência e, por isso, existe a necessidade de avaliação dos novos materiais utilizados quanto à tenacidade à fratura e resistência à fadiga. Na tentativa de evitar o prejuízo decorrente de vazamentos em dutos, foi avaliado nesta dissertação o comportamento de trincas em dutos procurando evitar a interrupção de funcionamento das linhas no campo, aumentando o tempo de operação antes de uma parada. O trabalho a seguir visou estabelecer a comparação do efeito do retardo de trinca em corpos de prova tipo compact tension com trincas em dutos reais utilizados em gasodutos, simulando comportamento de campo. O material utilizado no estudo foi o aço API 5L grau X65. Foram avaliados dutos com 22 polegadas de diâmetro externo e espessura de parede de 0,5 polegadas com trincas propagadas em fadiga a partir de entalhes usinados por eletro-erosão na raiz da solda longitudinal. As cargas de fadiga foram aplicadas através de variações da pressão interna. Os resultados mostraram que as sobrecargas aplicadas sobre as trincas propagadas nos dutos tiveram efeito positivo no efeito de retardo de crescimento da trinca descrevendo os resultados obtidos nos corpos de prova ensaiados em máquina de ensaio universal. O ganho de vida em fadiga foi significativo nos corpos de prova e tubos com sobrecargas aplicadas, comprovando o efeito da técnica estudada. / The structural integrity of pipelines represents an important factor in the reliability of transportation of natural gas and petroleum and its derivatives. A significant part of maintenance costs come from the need to correct the defects that comes during normal operation or by accident during maintenance of the lines. These defects can involve loss of thickness due to corrosion, cracks, scratches and dents. The new materials used in construction of pipelines, as steel API 5L X65 and X70, has greatly improved its performance in terms of strength and deformation capacity, and therefore, there is a need to assess new materials on the fracture toughness and fatigue resistance. In attempt to prevent the damage caused by leaks in pipelines, was evaluated in this paper the behavior of cracks, in the aim to avoid the interruption of operation of field lines, increasing the operating time before stop maintenance. The work aims to establish the comparison between the effect of crack retardation in compact tension specimens with cracks in real pipelines, simulating field behavior. The material evaluated was steel API 5L X65. Pipes with 22 inches outside diameter and wall thickness of 0,5 inches were tested in fatigue, propagating cracks form notches machined by spark erosion at longitudinal seam weld. The fatigue loads were applied by varying the internal pressure. The results shown that the overloads applied to the propagated cracks in the pipes had a positive effect on the crack growth retardation, describing the results obtained in specimens tested in a universal testing machine. The increase in fatigue life was significant in the specimens and pipes with overload application, confirming the effect of the technique studied.

Orientadores: João Alexandre F. Rocha Pereira, Sandra Lucia da Cruz / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-07-14T00:53:21Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Naves_GilbertoJose_M.pdf: 3230435 bytes, checksum: d3f9c387307b0c0a0f556fa1e43ea625 (MD5) Previous issue date: 1991 / Resumo: Este trabalho estuda o comportamento da variação da perda de carga com o tempo obtida pelo desenvolvimento de um modelo matemático, a partir de equações do transiente hidráulico aplicadas a um vazamento ocorrido num tubulação bom como por um sistema de aquisição de dados em tempo real pó microcomputador, interfaceado a um sensor de medição da diferença de pressão nos pontos extremos de uma tubulação. O sistema de aquisição de dados consta de um transdutor-transmissor de pressão que mede a diferença de pressão em dois pontos nas extremidades da tubulação, um circuito condicionador e amplificador de sinal que transforma o sinal de saída do transdutor num faixa adequada de voltagem, alterando o off-set e possuindo um ganho variável, um conversor analógico-digital que converte o sinal analógico, vindo do circuito, em digital, um conversor digital-digital que atua um microcomputador que, juntamente com o programa de aquisição de dados processa os dados adquiridos. Foi elaborado um software de filtragem dos dados amostrados, no qual minimiza ruídos provocados por operações normais num processo de transporte de fluidos. Para um estudo minucioso do fenômeno, em ambos os método,variou-se os principais parâmetros que afetam diretamente o vazamento, como a razão de vazamento, o numero de Reynolds, e a posição do vazamento ...Observação: O resumo, na íntegra, poderá ser visualizado no texto completo da tese digital / Abstract: : This work studies the time-variant behavior of the pressure drop obtained by development of a numerical model based on hydraulic transient equations applied to a pipeline rupture, as well as by a real-time data acquisition microcomputer system, connected to a pressure measurement device at the ends of the pipe. To the developed circulation model the Method of Characteristics was applied having as boundary conditions a reservoir upstream and a totally opened valve downstream the tube. The data acquisition system involves a pressure transmitter, which measures the pressure drop at two points in the ends of the pipe, an amplifier-conditioner signal circuit that adjust the exit signal to an adequate voltage range by charging its off-set and presenting a variable gain an analog-digital converter, which converts the analog signal coming from the circuit into a digital signal, a digital-digital converter that acts in a solenoid valve simulating the leakage and, finally, a microcomputer coupled with the data acquisition program, that processes the data. It was elaborated a sampled data filtration software which minimizes noises in normal fluid flow processes. Aiming a deep study of the phenomenon. The main parameters which directly affects the leakage, such as leakage ratio, Reynolds number and leakage position, ere changed in both methods...Note: The complete abstract is available with the full electronic digital thesis or dissertations / Mestrado / Mestre em Engenharia Química

A integridade estrutural de um duto representa um fator importante na confiabilidade do transporte de gás natural e de petróleo e seus derivados. Uma parte significativa dos custos de manutenção é oriunda da necessidade de correção de defeitos surgidos, tanto no período de operação normal quanto por acidentes durante a manutenção da linha. Estes defeitos podem envolver a perda de espessura da parede por corrosão, trincas, riscos e amassamentos. Os materiais mais modernos utilizados na construção de dutos, como aços API 5L X65 e X70, tem melhorado muito seu desempenho quanto à capacidade de deformação e resistência e, por isso, existe a necessidade de avaliação dos novos materiais utilizados quanto à tenacidade à fratura e resistência à fadiga. Na tentativa de evitar o prejuízo decorrente de vazamentos em dutos, foi avaliado nesta dissertação o comportamento de trincas em dutos procurando evitar a interrupção de funcionamento das linhas no campo, aumentando o tempo de operação antes de uma parada. O trabalho a seguir visou estabelecer a comparação do efeito do retardo de trinca em corpos de prova tipo compact tension com trincas em dutos reais utilizados em gasodutos, simulando comportamento de campo. O material utilizado no estudo foi o aço API 5L grau X65. Foram avaliados dutos com 22 polegadas de diâmetro externo e espessura de parede de 0,5 polegadas com trincas propagadas em fadiga a partir de entalhes usinados por eletro-erosão na raiz da solda longitudinal. As cargas de fadiga foram aplicadas através de variações da pressão interna. Os resultados mostraram que as sobrecargas aplicadas sobre as trincas propagadas nos dutos tiveram efeito positivo no efeito de retardo de crescimento da trinca descrevendo os resultados obtidos nos corpos de prova ensaiados em máquina de ensaio universal. O ganho de vida em fadiga foi significativo nos corpos de prova e tubos com sobrecargas aplicadas, comprovando o efeito da técnica estudada. / The structural integrity of pipelines represents an important factor in the reliability of transportation of natural gas and petroleum and its derivatives. A significant part of maintenance costs come from the need to correct the defects that comes during normal operation or by accident during maintenance of the lines. These defects can involve loss of thickness due to corrosion, cracks, scratches and dents. The new materials used in construction of pipelines, as steel API 5L X65 and X70, has greatly improved its performance in terms of strength and deformation capacity, and therefore, there is a need to assess new materials on the fracture toughness and fatigue resistance. In attempt to prevent the damage caused by leaks in pipelines, was evaluated in this paper the behavior of cracks, in the aim to avoid the interruption of operation of field lines, increasing the operating time before stop maintenance. The work aims to establish the comparison between the effect of crack retardation in compact tension specimens with cracks in real pipelines, simulating field behavior. The material evaluated was steel API 5L X65. Pipes with 22 inches outside diameter and wall thickness of 0,5 inches were tested in fatigue, propagating cracks form notches machined by spark erosion at longitudinal seam weld. The fatigue loads were applied by varying the internal pressure. The results shown that the overloads applied to the propagated cracks in the pipes had a positive effect on the crack growth retardation, describing the results obtained in specimens tested in a universal testing machine. The increase in fatigue life was significant in the specimens and pipes with overload application, confirming the effect of the technique studied.

Orientador: Kamal A.R. Ismail / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Campinas / Made available in DSpace on 2018-07-18T00:28:14Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Murcia_Nelson_D.pdf: 2688608 bytes, checksum: 2191c42b6ded4535bb9d3ef243795a73 (MD5) Previous issue date: 1982 / Resumo: Neste trabalho, projetamos, analisamos e desenvolvemos tubos de calor no aspecto teórico e experimental. Na parte experimental, projetamos, contruimos e testamos diversos tubos de calor,obtendo,comparando e analisando seus principais parametros, que sao a condutancia térmica intrínsica e a taxa máxima de calor trocado. Com nossas otimizações geométricas, conseguimos aumentar a taxa máxima de transferência de calor em até 38%. Analisamos o efeito da inclinação na performance do tubo, e verificamos a influência da quantidade de fluido de trabalho nesta mesma performance. Na parte teorica, desenvolvemos e resolvemos as equações do escoamento do vapor, inicialmente através de um modelo semi-analítico, obtido pela separação de variáveis, e posteriormente com um modelo numérico através de diferenças finitas, obtendo todos os parametros do escoamento, tais como os campos de velocidades e pressões ¿Observação: O resumo, na íntegra poderá ser visualizado no texto completo da tese digital. / Abstract: In this work we designed,analyzed and developed heat pipes both in the theoretical and experimental viewpoint. In the experimental part, we designed, manufactured and tested some heat pipes getting,comparing and analyzing their principal parameter which are own thermal condutance and the maximum rate of heat changed. With our geometrical optimization we could increase the maximum rate of heat changed,tiel 38%. We analyzed the effect of the inclination in the performance of heat pipe and verified the influence qf the quantity of the work fluid in this same performance In the theoretical part, we developed and solved equa tions for the vapor flow, first through a semi-analitical model, obtained by variables separation and after with a numerical model through finite diference obtaining all the parameter of the flow, such as pressure and velocity field ...Note: The complete abstract is available with the full electronic digital thesis or dissertations. / Doutorado / Doutor em Engenharia Mecânica

Orientador : Roberto Testezlaf / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Agricola / Made available in DSpace on 2018-07-18T08:06:57Z (GMT). No. of bitstreams: 1 AlmeidaNeto_JoseAdolfode_D.pdf: 7168788 bytes, checksum: e601c15e764d0238dff56fe7bf0eecc9 (MD5) Previous issue date: 1992 / Doutorado / Mestre em Engenharia Agrícola

A ocorrência de fraturas dúcteis propagantes em dutos para transporte de CO2 supercrítico é um aspecto que deve ser considerado no projeto e operação de sistemas de recuperação avançada de petróleo utilizando CO2. Os métodos disponíveis para determinação da tenacidade para interrupção intrínseca destas fraturas são revisados, destacando-se as suas limitações e os procedimentos experimentais existentes para averiguação deste parâmetro. São apresentadas informações relativas ao projeto de crack arrestors e particularidades de dutos submarinos. Este fenômeno depende fundamentalmente de aspectos da descompressão das misturas de CO2 transportadas, que são também analisados. Com o objetivo de verificar se os materiais usualmente utilizados em linhas de transporte de gás natural possuem propriedades mecânicas que garantam controle de fraturas dúcteis propagantes em dutos de transporte de CO2 supercrítico, os métodos Battelle e HLP foram aplicados para a determinação da energia Charpy mínima para interrupção da propagação da fratura em dutos construídos nos aços API 5L graus B, X65, X70 e X80, com diâmetros entre 150 e 310mm e espessuras entre 17 e 32mm. Considerouse pressão de saturação máxima de 10,2MPa. Verificou-se que, na faixa analisada, dutos construídos em aço grau B podem possuir energia Charpy mínima superior às especificações mínimas das normas de fabricação. Esse material apresenta também uma maior sensibilidade ao nível da pressão de interrupção que os demais. Foi apresentado um critério alternativo para controle de fraturas através da limitação da velocidade de propagação da fratura a uma fração da velocidade de descompressão do CO2 sob elevado nível de pressão. Este critério é recomendado para materiais com propriedades mecânicas mais elevadas, por exemplo, a partir do grau X80. / The occurrence of ductile propagating fractures in pipelines for supercritical CO2 transportation is an aspect which must be considered on design and operation of CO2- enhanced oil recovery systems. The existing methods to calculate the material toughness for fracture arrest and their limitations are reviewed. It was presented experimental methods used for arrest toughness determination as well as aspects related to crack arrestor design and subsea CO2 pipelines. The decompression behavior of the transported CO2 streams is also analyzed. In order to check whether the materials usually required for natural gas pipelines have suitable mechanical properties to promote fracture arrest in CO2 pipelines, Battelle and HLP methods were employed. Minimum Charpy energy values for fracture arrest were determined for pipelines of API 5L grades B, X65, X70 and X80, with diameters between 150 and 310mm and wall thicknesses of 17 to 32mm. The higher saturation pressure considered was 10,2MPa. It was ascertained that pipelines of API 5L grade B may have a minimum fracture arrest Charpy energy higher than minimum standard requirements within the analyzed range. Fracture arrest in this material is also more sensitive to the arrest pressure than the other steel grades considered. It was presented an alternative criterion for fracture arrest based on limitation of the fracture propagation velocity to a certain percentage of the stream decompression velocity in a high pressure level. This criterion is recommended for pipelines made of materials with higher mechanical properties, for instance grade X80 or higher.