São apresentados os resultados da caracterização elétrica de um sensor piezoelétrico, bem como o levantamento do campo acústico por ele gerado em um chapa e posteriormente em um tubo. Os resultados em tubos foram contrastados com os de um modelo numérico onde boa concordância foi encontrada. A partir disso foram realizados estudos paramétricos para um colar de sensores avaliando-se o número de sensores distribuídos na circunferência e a distância entre colares. São apresentadas, também, as metodologias de análise de sinais provenientes de um colar a fim de aplicar no estudo numérico e coletas reais. Foi apresentado um projeto de um colar de ondas guiadas para ser aplicado em tubulação enterrada. Um teste em um trecho de tubulação de 24 metros de comprimento com dois tipos de revestimentos, PE e STOPAQ, foi realizado com dois colares propostos fabricados. Esse teste teve duração de 25 meses e contou com um sistema de aceleração de corrosão em pontos escolhidos sobre a superfície externa da tubulação. Resultados de coletas ao longo do teste são demonstrados e discutidos e os defeitos induzidos foram localizados com boa resolução espacial. / Results of the electrical characterization of a piezoelectric sensor are presented, as well as the characterization of the acoustic field generated by the sensor in a plate and later in a tube. The results in tubes were compared with those of a numerical model and good agreement was found. From this, parametric studies for a collar were performed, evaluating the number of sensors distributed in the circumference and the distance between rings. Also, the methodologies of signal processing are presented and applied to the numerical study data and test acquisitions. We present a guided wave collar design to be applied in buried piping. A test on a 24 meter long pipe with two types of coatings, PE and STOPAQ, was performed with two proposed collars manufactured. Results of inspections throughout the test are demonstrated and discussed and the defects induced were located with good spatial resolution.

Este trabalho tem como objetivo investigar a técnica de termografia ativa pulsada de reflexão, aplicada para detecção e dimensionamento de descontinuidades subsuperficiais em tubulações e juntas coladas tipo luva, fabricadas em material compósito ERFV (resina epóxi reforçada com fibra de vidro). Foram variados parâmetros práticos de ensaio para se estudar um possível procedimento que possa ser aplicado em campo; e estes foram discutidos em relação à base teórica da técnica, para melhoria de detectabilidade no que concerne a contraste e definição. As descontinuidades nos corpos de prova simulavam perda de espessura em tubulações de transporte de água industrial e falta de adesão/adesivo em juntas coladas dessas mesmas tubulações. O dimensionamento das descontinuidades também foi investigado, em referência a um método tradicional da bibliografia. Outro método foi proposto para se estimar o volume das descontinuidades de perda de espessura em tubos, levando em conta as curvas de resfriamento características de regiões com e sem defeito e diferenças entre elas, a partir de análise de perfil de linha dos termogramas digitalizados. A área superficial de descontinuidades planares nas juntas coladas foi calculada com auxílio de programas de processamento de imagens, de maneira simples e rápida. Tanto o método tradicional quanto o das integrais de curvas de resfriamento geram uma curva de calibração específica que se restringe ao corpo de prova e à condição única e particular do ensaio. / This work aims to investigate the technique of pulsed thermography in reflection, applied for detection and sizing of sub-surface discontinuities in pipes and adhesivebonded joints made of composite material GFRE (glass fiber reinforced epoxy). Practical parameters were tested to study a possible procedure that could be applied in in-service pipes, and these were discussed according to the theoretical basis of the technique, for detection improvement (contrast and resolution). The discontinuities in the samples simulated loss of thickness in industrial water pipes and lack of adherence/adhesive in adhesive-bonded joints. The discontinuities dimensions have been investigated in reference to a traditional method of literature. Another method was proposed to estimate the volume of the discontinuities of loss of thickness in pipes, taking into account the characteristics of cooling curves of regions with and without defects and the differences between them, from analysis of line profile of the scanned thermograms. The surface area of planar discontinuities in bonded joints was calculated using a program for image analysis, in a simple and fast way. Both the traditional method as the curves of cooling integral one generate a specific calibration curve which is limited to the sample and the unique and particular condition of test.

A exploração do petróleo em campos do Pré-Sal, iniciada em 2008, constitui um desafio para o desenvolvimento de materiais de engenharia. Estudos recentes estimam para exploração desse óleo condições de processo mais severas que as atuais, como temperatura, pressão, concentração de CO2 e H2S. Esse cenário pode culminar em processos de deterioração mais críticos que os atuais, principalmente taxas de corrosão críticas nos equipamentos e tubulações de processo. O presente trabalho se fundamenta na necessidade do estudo da viabilidade da aplicação de materiais alternativos aos atualmente empregados. A revisão bibliográfica aborda os principais mecanismos de deterioração esperados para os equipamentos dos sistemas de tratamento de óleo, de água produzida e de gás, além das propriedades gerais dos polímeros. A metodologia utilizada consiste na aplicação atual de FRP e PVC nos processos envolvidos e na avaliação e classificação das possíveis formas de deterioração de cada meio avaliado, considerando o uso desses materiais e de revestimentos orgânicos em aço carbono. Por fim, os materiais pesquisados serão classificados segundo as aplicações e limitações quanto às condições de processo previstas. / The exploitation of recently discovered fossil fuel in reservoirs under the salt layer became a challenging field to the development of new engineering materials. Recent studies estimates more severe process conditions that the usually known, such as temperature, pressure, CO2 and H2S concentrations, which may result in critical damage mechanism in equipments and process piping, especially high corrosion rates. This dissertation is based on the need of studying alternative materials to be applied at these conditions. The review presents the expected damage mechanisms to the oil, produced water and gas treatment plant. General properties of polymers have been understood by its classifications. The methodology used is based on a search of polymeric materials already applied at similar conditions. Organic resins used as internal coatings of metallic equipments and piping will be also evaluated. Finally, the studied materials will be evaluated and compared by a criteria developed in this study.

A manutenção da qualidade do processo com o uso da inspeção não destrutiva em equipamentos é vital para produção, seja em plantas de processo em terra ou em plataformas marinhas. Deve-se destacar a inspeção em permutadores de calor que são responsáveis pela troca térmica entre fluidos durante o processo, representando uma grande economia de energia. A inspeção de tubos de permutadores de calor pode ser realizada por diversas técnicas, cada uma apresentando suas vantagens e desvantagens, entre elas, pode-se destacar a técnica de inspeção por correntes parasitas. Tendo em vista a aplicabilidade desta técnica, este trabalho teve como objetivo estudar suas características, fazendo um detalhamento dos principais fatores que afetam sua realização e, por conseguinte, uma análise da resposta que cada tipo de descontinuidade fornece na inspeção. Permitindo com isso, uma avaliação mais detalhada da viabilidade da inspeção de tubos de permutadores de calor com essa técnica. Sua melhor aplicação encontra-se em matériais não ferromagnéticos e, para os materiais ferromagnéticos, pode-se utilizar outras técnicas que se utilizam das propriedades das correntes parasitas, apresentando bons resultados. / Maintaining the process quality with the use of non destructive inspection is vital to production, either on shore or off shore process plants. Of notice is the inspection of heat exchangers which are responsible for heat exchange between fluids in the process, representing in great energy saving. The inspection of tubes of heat exchangers can be performed by several techniques, each presenting its advantages and disadvantages, among them, one can highlight the Eddy current inspection. Focused in the application of this technique, this work aims to study its characteristics, analyze the main factors affecting its performance and, therefore, understand the response to each type of discontinuity during inspection. This work provides a more detailed assessment of the feasibility of non destructive inspection of heat exchanger tubes with this technique. Its best application is with nonferromagnetic materials while for ferromagnetic materials, one can use other techniques that use the eddy current properties with good results.

Pela velocidade e facilidade de inspeção, o ensaio não destrutivo de termografia ativa pulsada vem emergindo como uma nova ferramenta para avaliação da qualidade da adesão de juntas coladas de tubos confeccionados por materiais compósitos. No entanto, na indústria do petróleo pouco se conhece dessa técnica, sendo a indústria aeroespacial a maior detentora da tecnologia. Dessa forma, este trabalho tem por objetivo estudar alguns parâmetros do ensaio termográfico, avaliando os parâmetros físicos do ensaio e propondo alguns métodos de avaliação dos resultados. Neste sentido, quatro corpos de prova, com descontinuidades conhecidas, foram confeccionados em plástico reforçado por fibra de vidro e o ensaio de termografia foi realizado, avaliando a distância da câmera termográfica, tempo de estímulo térmico, forma de aplicação do estímulo térmico e parâmetros de escala de temperaturas da câmera termográfica. Foi percebido que esses parâmetros influenciam diretamente na resolução dos termogramas. Foram desenvolvidos, também, quatro métodos computacionais de tratamento de dados, com objetivo de melhorar a detectabilidade das descontinuidades presentes nos corpos de prova. Bons resultados foram obtidos com esses métodos, porém maiores desenvolvimentos devem ser feitos para a sua aplicação em inspeções no campo. / Active Pulsed Thermography has been emerging as a new technique of non destructive testing to evaluate bonded joints of pipes fabricated with composite materials. Currently, oil and gas industry has little knowledge in this field, being the aeronautic industry the largest user of this technology. Thus, this study aims to investigate some parameters of the active pulsed thermography test, in special its physical parameters and new mathematical methods to evaluate its results. Accordingly, four specimens, taken from composite pipes, were produced with known machined defects and evaluated by active pulsed thermography under different test conditions. It was observed that these parameters affect directly the quality of the results. Also, it were developed four computational methods aiming to improve the detectability of discontinuities. The new methodology show promises results, but further studies should be made prior to its application in real inspection cases.

O presente trabalho tem como objetivo avaliar o limite de instabilidade à fratura para dutos submarinos instalados pelo método de bobinamento (Reeling Method), determinando o estiramento máximo admissível para uso em análises de integridade estrutural através de correlações com corpos de prova SENT (Single Edge Notched Tension). A Norma DNV-RP-F108, que orienta testes e análises para controle de fratura em linhas de dutos sujeitas a ciclos de deformação plástica, recomenda 1 mm como limite para crescimento estável de trinca durante toda a etapa de instalação. Este limite tem sido questionado, visto que é apenas uma recomendação e um aumento nesse limite pode resultar em um critério de soldagem menos restritivo, evitando-se assim reparos desnecessários. Para verificar as implicações do uso de estiramentos maiores que o recomendado, foi realizado uma análise de integridade (ECA – Engineering Critical Assessment) segundo o nível 3B da BS 7910:2005 com as modificações propostas pela DNV. Para esse nível de avaliação é necessário o levantamento de curvas de resistência à fratura (J-R) do material para avaliação dos pontos de interesse, bem como curvas tensãodeformação para a confecção do diagrama FAD (Failure Assessment Diagram). Com base nas análises realizadas, foi proposto o uso de Jm (Integral J no ponto de máximo carregamento) como critério para determinação dos estiramentos máximos admissíveis, levando em consideração a profundidade do defeito e a curva de resistência a propagação de trinca J-R. / This study aims to evaluate the limit of the fracture instability for submarine pipelines installed by the Reeling Method, determining the maximum allowable ductile tearing for use in analysis of structural integrity through correlations with SENT specimens (Single Edge Notched Tension). The Standard DNV-RP-F108, which gives guidance to testing and analysis of fracture of pipelines subject to cycles of plastic deformation, recommends 1 mm as threshold for stable crack growth during the installation phase. This limit has been questioned, since it is only a recommendation and an increase in that limit can result in a less restrictive criterion for welding, thus avoiding unnecessary repairs. To check the implications of the use of tearing bigger than that, was conducted an analysis of integrity (ECA - Engineering Critical Assessment) according to the level 3B of BS 7910:2005 with the amendments proposed by DNV. For this level of assessment is needed to evaluate curves of the fracture resistance (J-R) of the material for assessment of the interest points as well the stress-strain curves for the construction of the FAD (Failure Assessment Diagram). Based on the analysis undertaken, it was proposed the use of Jm (J Integral at the maximum loading point) as a criterion for determining the maximum stable crack growth, taking into account the depth of the flaw and the crack growth resistance curve J-R.

Submitted by ÉLVIS DA SILVA ALVES null (elvistv@gmail.com) on 2017-05-23T01:28:11Z No. of bitstreams: 1 DISSERTAÇÃO ÉLVIS DA SILVA ALVES - VERSÃO FINAL.pdf: 2394634 bytes, checksum: 81c826b47bfbc9a96c4f06f04d40a4be (MD5) / Approved for entry into archive by Luiz Galeffi (luizgaleffi@gmail.com) on 2017-05-23T17:57:07Z (GMT) No. of bitstreams: 1 alves_es_me_bot.pdf: 2394634 bytes, checksum: 81c826b47bfbc9a96c4f06f04d40a4be (MD5) / Made available in DSpace on 2017-05-23T17:57:07Z (GMT). No. of bitstreams: 1 alves_es_me_bot.pdf: 2394634 bytes, checksum: 81c826b47bfbc9a96c4f06f04d40a4be (MD5) Previous issue date: 2016-12-09 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Para que as áreas irrigadas com sistemas de irrigação por aspersão convencional se tornem eficientes e lucrativas é necessário que projetistas e usuários sejam orientados sobre as diferentes variáveis e critérios que interferem no dimensionamento destes sistemas, principalmente por estes possibilitarem a disposição da instalação em diferentes configurações de tubulação. Objetivou-se com esse trabalho verificar o efeito de diferentes vazões, configurações hidráulicas e declividades do terreno no dimensionamento da rede hidráulica e no custo total de sistema de irrigação por aspersão convencional. Para a realização dos cálculos foram construídas planilhas eletrônicas e as equações de dimensionamento foram aplicadas utilizando dados reais de uma área do Departamento de Engenharia Rural da Faculdade de Ciências Agronômicas da UNESP, campus de Botucatu. As características estudadas foram: configuração hidráulica do sistema (A ou B); vazão do projeto (econômica ou prática); declividade do terreno (0, 2 ou 4%); modificação do critério de variação de vazão (10 ou 15%) e; o custo total do sistema (implantação e energia elétrica). A vazão econômica resultou em menor custo total que a vazão prática em todas as declividades avaliadas, nos dois critérios de dimensionamento baseados na variação máxima de vazão na linha lateral e nas duas configurações hidráulicas analisadas. A configuração A, com uma única linha principal e duas linhas laterais de maior comprimento com aspersores de menor vazão, apresentou menor custo que a configuração B, com uma linha principal, duas linhas secundárias e 4 linhas laterais de menor comprimento com aspersores de maior vazão, em todas as declividades avaliadas, nos dois critérios de dimensionamento baseados na variação máxima de vazão na linha lateral e nas duas vazões totais analisadas. Verificou- se efeito da declividade no custo total do sistema de irrigação por aspersão convencional apenas na Configuração B, com 15% de Δq, com a vazão prática, tendo as declividades 2 e 4% apresentado custo total anual idêntico de R$3019,50 , superior ao obtido na condição em nível (R$2687,00). Estas configurações são as de maior variação dos critérios de dimensionamento, indicando que há necessidade de amplitude de variação para passar para o diâmetro comercial superior ou para um motor de potência acima e consequentemente gerar maior custo total. / For irrigated areas with conventional sprinkler irrigation systems to become efficient and profitable, it is necessary for designers and users to be guided by the different variables and criteria that interfere in the design of these systems, mainly because they allow the layout of the installation in various configurations of the pipeline. The objective of this work was to verify the effect of different flow rates, hydraulic configurations and terrain slopes in the hydraulic network design and the total cost of a conventional sprinkler irrigation system. Spreadsheets were constructed to perform the calculations, and the design equations were applied using real data from an area of the Department of Rural Engineering of the Faculty of Agronomic Sciences of UNESP, Botucatu campus. The characteristics studied were: hydraulic system configuration (A or B); project flow (economic or practical); slope (0,2 or 4%); modification of the criterion of allowed flow variation (10 or 15%) and; the total cost of the system (fixed and variable costs). The economic flow resulted in a lower total cost than the practical in all slopes evaluated, in the two design criteria based on the maximum variation of lateral line flow and in the two hydraulic configurations analyzed. The A configuration with a single main line and two longer lateral lines with lower flow sprinklers, showed lower cost than the configuration B with the main line, two secondary lines and 4 lateral lines shorter with higher flow sprinklers, in all evaluated slopes, in the two design criteria based on the maximum variation in lateral line flow and in the two total flows analyzed. There was an effect of slope on the total cost of the conventional sprinkler irrigation system only in Configuration B, with 15% of Δq, with the practical flow, with slopes 2 and 4% showing the same annual total cost of R$ 3019.50 , higher than that obtained in the level condition (R$ 2687.00). These configurations are the ones with the greatest variation of the design criteria, indicating that there is a need for an amplitude of variation to pass to the higher commercial diameter or a power motor above and consequently generate a higher total cost.

São apresentados os resultados da caracterização elétrica de um sensor piezoelétrico, bem como o levantamento do campo acústico por ele gerado em um chapa e posteriormente em um tubo. Os resultados em tubos foram contrastados com os de um modelo numérico onde boa concordância foi encontrada. A partir disso foram realizados estudos paramétricos para um colar de sensores avaliando-se o número de sensores distribuídos na circunferência e a distância entre colares. São apresentadas, também, as metodologias de análise de sinais provenientes de um colar a fim de aplicar no estudo numérico e coletas reais. Foi apresentado um projeto de um colar de ondas guiadas para ser aplicado em tubulação enterrada. Um teste em um trecho de tubulação de 24 metros de comprimento com dois tipos de revestimentos, PE e STOPAQ, foi realizado com dois colares propostos fabricados. Esse teste teve duração de 25 meses e contou com um sistema de aceleração de corrosão em pontos escolhidos sobre a superfície externa da tubulação. Resultados de coletas ao longo do teste são demonstrados e discutidos e os defeitos induzidos foram localizados com boa resolução espacial. / Results of the electrical characterization of a piezoelectric sensor are presented, as well as the characterization of the acoustic field generated by the sensor in a plate and later in a tube. The results in tubes were compared with those of a numerical model and good agreement was found. From this, parametric studies for a collar were performed, evaluating the number of sensors distributed in the circumference and the distance between rings. Also, the methodologies of signal processing are presented and applied to the numerical study data and test acquisitions. We present a guided wave collar design to be applied in buried piping. A test on a 24 meter long pipe with two types of coatings, PE and STOPAQ, was performed with two proposed collars manufactured. Results of inspections throughout the test are demonstrated and discussed and the defects induced were located with good spatial resolution.

Essa dissertação aborda o estudo teórico, experimental e computacional de algumas configurações usuais para derivações de pequeno diâmetro, interligadas a uma tubulação principal, sujeitas à vibração. O estudo de vibração, induzida por diversos fatores, foi a base teórica utilizada para a previsão de esforços máximos admissíveis e garantia da confiabilidade das tubulações. A confecção dos corpos-de-prova buscou a reprodução de condições típicas de uso em instalações de petróleo e gás, visando uma comparação de desempenho para as diferentes condições de montagem. Também foi realizada uma etapa de avaliação computacional, usando o programa Triflex para verificação da frequência natural e rigidez do conjunto montado. As análises de deslocamentos e esforços através dos dados obtidos pela instrumentação das peças soldadas e resultados do programa ANSYS apresentaram resultados importantes, enfatizando a resistência mecânica de determinadas configurações de menor comprimento ou com reforço vinculado à tubulação principal, as quais podem ser utilizadas em projetos de tubulações, melhorando a confiabilidade das instalações. / This dissertation adresses the theoretical, experimental and computational study of some usual settings for small diameter pipe, connected to a main pipe, subject to vibration. The study of vibration induced by several factors was the theoretical basis used for predicting maximum permissible efforts and ensuring the reliability of pipes. The creation of the specimens sought to reproduce typical use conditions in the oil and gas factories aimed at comparative performance for different installation conditions. It was also performed a computational evaluation stage using software Triflex to check the natural frequency and rigidity of the mounted assembly. The displacement analysis and effort for parts by informations obtained with instrumentation of welded pipes and results of ANSYS software presented important results, emphasizing the mechanical strength of certain settings with smaller length or with reinforcement linked to a main pipe which can be used in pipe projects, improving the reliability of the facilities.

O presente trabalho tem como objetivo avaliar o limite de instabilidade à fratura para dutos submarinos instalados pelo método de bobinamento (Reeling Method), determinando o estiramento máximo admissível para uso em análises de integridade estrutural através de correlações com corpos de prova SENT (Single Edge Notched Tension). A Norma DNV-RP-F108, que orienta testes e análises para controle de fratura em linhas de dutos sujeitas a ciclos de deformação plástica, recomenda 1 mm como limite para crescimento estável de trinca durante toda a etapa de instalação. Este limite tem sido questionado, visto que é apenas uma recomendação e um aumento nesse limite pode resultar em um critério de soldagem menos restritivo, evitando-se assim reparos desnecessários. Para verificar as implicações do uso de estiramentos maiores que o recomendado, foi realizado uma análise de integridade (ECA – Engineering Critical Assessment) segundo o nível 3B da BS 7910:2005 com as modificações propostas pela DNV. Para esse nível de avaliação é necessário o levantamento de curvas de resistência à fratura (J-R) do material para avaliação dos pontos de interesse, bem como curvas tensãodeformação para a confecção do diagrama FAD (Failure Assessment Diagram). Com base nas análises realizadas, foi proposto o uso de Jm (Integral J no ponto de máximo carregamento) como critério para determinação dos estiramentos máximos admissíveis, levando em consideração a profundidade do defeito e a curva de resistência a propagação de trinca J-R. / This study aims to evaluate the limit of the fracture instability for submarine pipelines installed by the Reeling Method, determining the maximum allowable ductile tearing for use in analysis of structural integrity through correlations with SENT specimens (Single Edge Notched Tension). The Standard DNV-RP-F108, which gives guidance to testing and analysis of fracture of pipelines subject to cycles of plastic deformation, recommends 1 mm as threshold for stable crack growth during the installation phase. This limit has been questioned, since it is only a recommendation and an increase in that limit can result in a less restrictive criterion for welding, thus avoiding unnecessary repairs. To check the implications of the use of tearing bigger than that, was conducted an analysis of integrity (ECA - Engineering Critical Assessment) according to the level 3B of BS 7910:2005 with the amendments proposed by DNV. For this level of assessment is needed to evaluate curves of the fracture resistance (J-R) of the material for assessment of the interest points as well the stress-strain curves for the construction of the FAD (Failure Assessment Diagram). Based on the analysis undertaken, it was proposed the use of Jm (J Integral at the maximum loading point) as a criterion for determining the maximum stable crack growth, taking into account the depth of the flaw and the crack growth resistance curve J-R.