Orientadores: Sandra Lucia da Cruz, João Alexandre Ferreira da Rocha Pereira / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-07-27T02:33:53Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Cariati_SergioAmor_M.pdf: 2930649 bytes, checksum: cccc385f35c41aa9c2b9f80d7ce20260 (MD5) Previous issue date: 1999 / Resumo: Redes de tubulações são equipamentos de grande importância para as indústrias Química e Petroquímica, sendo freqüentemente utilizadas para transportar petróleo, gás natural e outros produtos, por extensões de até milhares de quilômetros. Um dos aspectos fundamentais da operação e controle destas tubulações é o sistema de detecção de vazamentos. Rupturas podem ocorrer devido a variações bruscas de pressão, ação corrosiva ou manutenção inadequada, causando sérios prejuízos econômicos e ecológicos, principalmente se o vazamento não for rapidamente detectado e reparado. No presente trabalho transientes de pressão foram detectados e analisados por computador ¿on-line¿ quando da ocorrência de vazamento em uma tubulação de PVC de 1250 m de comprimento. O equipamento de detecção se constituiu de 04 transdutores de pressão acoplados a um microcomputador PC contendo uma placa ADA e de um programa de aquisição de dados, desenvolvido no laboratório, que permite analisar em detalhe o comportamento transiente da tubulação. Perfis de transiente de pressão foram analisados para várias condições de operação da tubulação (vazão de líquido, vazão e posição do vazamento) para os casos em que o fluido transportado era: (1) líquido (água); (2) misturas ar-água, com várias condições de injeção do ar na tubulação. Os resultados obtidos mostraram que para tubulações transportando líquidos, a técnica desenvolvida detecta prontamente vazamentos da ordem de 10%, para Re na faixa de escoamento laminar, e vazamentos de até 2% para Re na faixa de escoamento turbulento... Observação: O resumo, na íntegra, poderá ser visualizado no texto completo da tese digital / Abstract: Pipeline networks are very to Chemical and Petrochemical Industries as they are used to transport oil, solvents, natural gas and other dangerous chemicals products from producing fields or plants to consumers through distances of thousands of kilometers, even in highly populated regions. Pipeline supervision and control are then one of the most important aspects of pipeline operation. Leaks must be readily detected and flow stopped. In the present work pressure transients were detected and analysed though on-line computer techniques, when a leak occurs in a 1250 m long PVC pipeline. The detection equipament consisted of 04 pressure transducers connected to a PC microcomputer through an ADA converter and of a data acquisition software which permits to analyse in detail the transient behavior of the pipeline. Pressure transient profiles were analysed for various operation conditions of the pipeline (liquid flow rate, leak flow rate and leak position) when the fluid which was transported was: (1) liquid (water); (2) air-water mixture, with various conditions of air injection in the pipeline. The results shows that when the pipeline in transporting liquids leaks as small as 2% of the nominal flow can be detected when the flow in the pipeline is turbulent, and leaks as small as 10% when the flow is the laminar one... Note: The complete abstract is available with the full electronic digital dissertation / Mestrado / Sistemas de Processos Quimicos e Informatica / Mestre em Engenharia Química

Orientador: Eugenio Spano Rosa / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-07-28T23:56:11Z (GMT). No. of bitstreams: 1 MelgarejoMorales_RigobertoEleazar_D.pdf: 8900310 bytes, checksum: 9f57b0d7b80e8430b0d0c8941dda51e1 (MD5) Previous issue date: 2000 / Resumo: Neste trabalho é realizado uma simulação numérica do escoamento com superficie livre completamente desenvolvido em um canal helicoidal de seção retangular, em regime laminar e turbulento. As equações de conservação foram escritas para um sistema de coordenadas ortogonais locais. O sistema de equações foi discretizado e resolvido pelo método de volumes fmitos com o esquema ln'brido de interpolação, implementados no PHOENICS-CFD. A interface livre é calculada utilizando o algoritmo HOL (Height-Of-Liquid). As simulações numéricas foram realizadas para fluidos com viscosidade de 1 a 100cP e Reynolds de 352 a 45500. A turbulência é modelada com o modelo de duas equações 1(-E para baixo números de Reynolds com uma correção devido ao efeito da curvatura. As simulações mostram que o método utilizado, quando comparado com dados experimentais, calcula satisfatoriamente a localização da interface. Apresenta-se os campos da velocidade média, do escoamento secundário, da energia cinética turbulenta e da dissipação e produção da energia cinética turbulenta. A partir dos resultados numéricos calcula-se o fator de atrito local e médio / Abstract: A numerical simulation of the fully developed flow in an open helical channel with rectangular cross section is accomplished, for the laminar and turbulent regime. The conservation equations are written in a local orthogonal coordinate system. The conservation equations are solved by the finite volume method with the hybrid scheme of interpolation, implemented in PHOENICS-CFD. The ftee surface is calculated using the HOL algorithm (Height-Of-Liquid). The numerical simulations were accomplished for fluids with viscosity varying ftom 1 to 100cP and Reynolds ftom 352 to 45500. The turbulence is modeled by two equations k-E model for low Reynolds numbers with a correction due to the effect of the curvature. The numerical results for the tree surface position agrees within :t4 mm against the experimental data. The averaged axial velocity and the secondary flow fields are presented, as well as the turbulent kinetic energyand the dissipation of the turbulent kinetic energy. Finally the local and the averaged ftiction factors are presented. / Doutorado / Doutor em Engenharia Mecânica

Orientador: Jose Geraldo Pena de Andrade / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Civil / Made available in DSpace on 2018-08-03T18:52:50Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Anjo_LuizFernandoResendedosSantos_M.pdf: 10436876 bytes, checksum: e9cd360d2e0259c9f793218565dd61a7 (MD5) Previous issue date: 2003 / Mestrado

Fundamentado na mecânica da fratura, o conceito do Leak-Before-Break (LBB) \"Vazamento Antes da Falha\" considera que um vazamento proveniente de uma trinca pode ser detectado antes de alcançar um tamanho crítico que implique na falha da tubulação, ou seja, a análise do LBB demostra através de uma justificativa técnica que a probabilidade de ruptura da tubulação é extremamente baixa. Dentre os aspectos que envolvem a aplicação do LBB, os principais são: a definição das propriedades do material, que são extraídos através de ensaios à tração e à fratura; a análise do vazamento, que determina a taxa de vazamento devido à presença de uma trinca passante; e a análise que verifica se a trinca é estável considerando os modos de falha por rasgamento dúctil e por colapso plástico. Os materiais SA-508 Cl. 3, SA-106 Gr. B e SA-376-TP304 foram avaliados quanto aos seus desempenhos para o LBB. Utilizaram-se dados extraídos de casos da literatura para as propriedades dos materiais, e para a geometria e carregamentos da tubulação, todos correspondentes ao circuito primário de um reator PWR. Após aplicação do LBB, constatou-se que todos os três materiais atenderam os limites do estabelecidos na metodologia. Verificou-se que os materiais SA-508 Cl. 3 e SA-376-TP304 mostraram o melhor desempenho para falha por rasgamento dúctil e falha por colapso plástico, respectivamente, e o material SA-106 Gr. B teve o menor desempenho em ambos. Todos os três materiais apresentaram o colapso plástico como modo de falha mais provável. De uma forma generalizada, o material SA-376-TP304 obteve o melhor desempenho para o LBB dentre os três materiais avaliados neste trabalho. / Based on the fracture mechanics, the Leak-Before-Break (LBB) concept considers that a leakage from a crack can be detected before reaching a critical size that implies the pipe failure, that is, the LBB analysis demonstrates through a technical justification that the probability of pipe rupture is extremely low. Among the aspects that involve the application of LBB, the main ones are: the definition of the material properties, which are obtained through tensile and fracture tests; the leakage analysis, which determines the rate of leakage due to the presence of a through-wall crack; and the analysis that verifies if the crack is stable considering the failure modes by ductile tearing and plastic collapse. The materials SA-508 Cl. 3, SA-106 Gr. B and SA-376-TP304 were evaluated in relation to their performances for LBB. Data obtained from literature cases were used for the materials properties, and for the geometry and loadings of the pipe, all corresponding to the primary circuit of a PWR reactor. After application of the LBB, it was verified that all three materials met the limits established in the methodology. The materials SA-508 Cl. 3 and SA-376-TP304 showed the best performance for ductile tearing failure and plastic collapse failure, respectively, and the material SA-106 Gr. B material had the lowest performance in both. All three materials presented plastic collapse as the most likely failure mode. In general, the material SA-376-TP304 obtained the best performance for the LBB among the three materials evaluated in this work.

Este trabalho apresenta resultados de ensaios laboratoriais e de análises paramétricas, realizadas através do método dos elementos finitos, para a avaliação do comportamento do geocomposto MacDrain 2S quando utilizado como elemento compressível na técnica da trincheira induzida para redução de tensões sobre estruturas enterradas. Mostra-se que este geocomposto fabricado pela Maccaferri América Latina, que tradicionalmente é aplicado em obras de drenagem, apresentou ótimo desempenho para o fim proposto, proporcionando redução de tensões sobre o conduto de até 85,5%. Mostra-se ainda que a utilização de uma camada de geotêxtil sobre o elemento compressível não implica em grandes benefícios de desempenho, o que torna sua utilização descartável. Os resultados experimentais, refinados através das análises numéricas, mostraram que a camada indutora deve ser posicionada o mais próximo possível do conduto, sendo que o número de camadas da inclusão pouco influencia na eficiência do sistema. Valores adequados de larguras das inclusões devem se situar numa faixa entre 2 e 2,5 vezes a distância entre a inclusão e o topo do conduto / This work presents results of laboratory tests and parametric analyses using the finite element method to evaluate the behavior of the MacDrain 2S geocomposite when used as compressible layer of the induced trench method to reduce vertical earth stress on buried structures. The analyses showed that this geocomposite, manufactured by Maccaferri América Latina, that traditionally is applied in drainage works, presented excellent behavior, providing stress reduction up to 85,5%. The results showed that the use of a geotextile layer located over the compressible element did not show a performance, what turns it dispensable. The experimental results, confirmed by the numeric analyses, showed that the compressible layer must be located as near as possible to the culvert crown, and the number of inclusion did not play important role on the system performance. Appropriate values of inclusion width must be situated between 2 and 2,5 times the distance between the geocomposite and the top of the conduit

O crescimento da produção de petróleo offshore traz consigo a demanda por tubulações para escoamento de hidrocarbonetos capazes de conciliar elevada resistência mecânica, elevada resistência à corrosão e baixo peso estrutural. Para tal, após o projeto mecânico, faz-se necessária a qualificação dessas estruturas por intermédio de ensaios mecânicos. Um dos métodos de teste em risers rígidos que alia baixos custos em equipamentos à rapidez de execução é o teste de fadiga por ressonância. Usualmente, este tipo de teste é controlado através do nível de deformação lido por extensômetros instalados na região central da amostra. Contudo, o tempo de instalação e a fragilidade dos sensores acabam por aumentar significativamente o tempo total de teste. Portanto, o presente estudo propõe que o controle do teste seja feito por intermédio dos níveis de aceleração no centro do tubo, uma vez que acelerômetros são mais robustos e mais fáceis de instalar. Assim, o trabalho traz uma correlação numérica e experimental entre os níveis de deformação e aceleração no centro de tubos submetidos a testes de fadiga por ressonância. Foram realizados testes nas amostras sem água, com água, e com pressão interna de 200 Bar. Foi constatado que a relação entre a aceleração e a deformação no centro das amostras para frequências próximas à frequência de ressonância é linear. Além disso, as diferenças observadas entre os resultados experimentais e os numéricos variaram de 0,13% a 14,73%. Em conclusão, o modelo numérico apresentou resultados consistentes em grande parte dos casos estudados, o que evidencia a viabilidade de implementação do sistema de controle por aceleração. Para tal, foram apresentadas sugestões de melhoria para aplicação em testes futuros, a fim de otimizar a uniformidade dos resultados e completar a validação do modelo numérico. / The development of offshore oil production implies the demand of pipelines for the hydrocarbon flow, which are capable of combining high mechanical and corrosion resistance with low structural weight. For this, after the mechanical design, it is required to qualify these structures by means of mechanical tests. One method of test for rigid risers that combines low equipment costs with quick execution is the resonance fatigue test. Usually, this type of test is controlled by strain levels obtained by strain gauges installed at the pipe center. However, the installation lead time and the sensors fragility increase significantly the overall test time. Therefore, the present study proposes that the test controlling system could be performed by means of the acceleration levels at the middle of the sample, since accelerometers are more robust and the installation is simpler. Thus, this work brings a numerical and experimental relationship between strain and acceleration levels at the center of pipes submitted to resonance fatigue test. Tests were performed on the samples without water, with water, and with internal pressure of 200 Bar. It was found that the relationship between strain and acceleration at the center of the samples is linear for frequencies near the resonant frequency. In addition, the differences between experimental and numerical results ranged from 0.13% to 14.73%. In conclusion, the numerical model presented consistent results in most of the studied cases, which evidences the feasibility of implementing the acceleration controlling system. For this purpose, improvement suggestions for application in future tests were presented in order to optimize the uniformity of the results and to complete the numerical model validation.

Métodos acurados de avaliação de tenacidade à fratura, incluindo curvas de resistência ao rasgamento dúctil de juntas soldadas de dutos e risers rígidos, tornam-se essenciais em procedimentos de avaliação de defeitos em regiões de soldas e zonas termicamente afetadas, nas quais defeitos não detectados podem se propagar devido às grandes tensões e deformações envolvidas na instalação e/ou operação dessa classe de estruturas. Este trabalho apresenta uma investigação experimental da tenacidade à fratura de uma junta soldada de um duto rígido de aço API 5L X80 (curvas J-Ãa). A motivação para este trabalho decorre da demanda crescente na aplicação de dutos de alta resistência na indústria de óleo e gás, em particular dutos submarinos e risers rígidos em catenária. Para tal, foram empregados corpos de prova de tração SE(T) fixados por garras, e flexão três pontos SE(B) contendo entalhe no centro da solda, para determinação das curvas J-R pelo método do corpo de prova único utilizando a técnica da flexibilidade no descarregamento, além das funções de flexibilidade e fatores n referentes aos corpos de prova SE(T) e SE(B) em função do nível de dissimilaridades mecânicas, o que permite obter valores mais assertivos das propriedades de tenacidade à fratura de juntas soldadas. / Accurate measurements of fracture resistance properties, including crack growth resistance curves for pipeline girth welds, become essential in defect assessment procedures of the weldment region and the heat affected zone, where undetected crack-like defects (such as lack of penetration, deep undercuts, root cracks, etc.) may exhibit further crack extension due to high tensile stresses and strains during installation and in-service operation. This work presents an investigation of the ductile tearing properties for a girth weld made of an API 5L X80 pipeline steel using experimentally measured crack growth resistance curves (J-Ãa curves). Use of these materials is motivated by the increasing demand in the number of applications for manufacturing high strength pipes for the oil and gas industry including marine applications and steel catenary risers. Testing of the pipeline girth welds utilized sidegrooved, clamped SE(T) specimens and 3P bend SE(B) specimens with a weld centerline notch to determine the crack growth resistance curves based upon the unloading compliance (UC) method using a single specimen technique. Recently developed compliance functions and n-factors applicable for SE(T) and SE(B) fracture specimens with homogeneous material and overmatch welds are introduced to determine crack growth resistance data from laboratory measurements of load-displacement records. This experimental characterization provides additional toughness data which serve to evaluate crack growth resistance properties of pipeline girth welds using SE(T) and SE(B) specimens with weld centerline cracks.

The present dissertation evaluates distinct scenarios related to the Brazilian Energetic Policy and the contribution of Natural Gas to the existing Energetic Matrix. Many discussions are presented respecting environmental aspects and impacts from hydrostatic testing process, conducted to assure pipeline integrity. Hydrostatic testing is performed in each new one or existing pipelines, and its characteristics are demonstrated based on real and already experimented execution procedures. The author based its work in two important analytical models: The Life Cycle Analysis (LCA) and The Failure Mode and Effect Analysis (FMEA), evaluating quantitative and qualitative impacts. As the same manner, mitigation measures are proposed, according to the aspects and impacts relevancy. Resulting from this work, a heuristic algorithm to hydrostatic testing was generated, and can be used by any person. The heuristic algorithm is complemented by the impacts and aspects analysis sheet, as well as mitigation measures that must be employed. / O presente trabalho avalia cenários distintos relativos à Política Energética de nosso País, sem contudo perder o foco voltado para a contribuição do Gás Natural para nossa Matriz Energética. Como principal direcionamento, apresenta discussões pertinentes aos aspectos e impactos ambientais oriundos dos testes hidrostáticos executados para verificação da integridade física de tubulações de transporte de gás natural, quer seja em novos empreendimentos ou durante reparos em tubulações já existentes. São apresentadas as características do teste hidrostático de tubulação, perfeitamente relatado conforme executado na prática, tomando como base procedimentos operacionais reais. O autor baseou seu trabalho em duas técnicas analíticas bastante difundidas : a Análise de Ciclo de Vida de Produto (ACV) e a FMEA (sigla em inglês para Análise de Modo de Falha), avaliando qualitativa e quantitativamente os impactos e propondo metodologias de controle factíveis, de acordo com a magnitude dos impactos verificados. Como produto final desta dissertação, foi possível obter um algoritmo heurístico a ser utilizado por qualquer executante de teste hidrostático em dutos de gás natural, dotado de um mapeamento completo dos aspectos e impactos ambientais envolvidos, assim como as medidas mitigadoras pertinentes.

Este trabalho apresenta resultados de ensaios laboratoriais e de análises paramétricas, realizadas através do método dos elementos finitos, para a avaliação do comportamento do geocomposto MacDrain 2S quando utilizado como elemento compressível na técnica da trincheira induzida para redução de tensões sobre estruturas enterradas. Mostra-se que este geocomposto fabricado pela Maccaferri América Latina, que tradicionalmente é aplicado em obras de drenagem, apresentou ótimo desempenho para o fim proposto, proporcionando redução de tensões sobre o conduto de até 85,5%. Mostra-se ainda que a utilização de uma camada de geotêxtil sobre o elemento compressível não implica em grandes benefícios de desempenho, o que torna sua utilização descartável. Os resultados experimentais, refinados através das análises numéricas, mostraram que a camada indutora deve ser posicionada o mais próximo possível do conduto, sendo que o número de camadas da inclusão pouco influencia na eficiência do sistema. Valores adequados de larguras das inclusões devem se situar numa faixa entre 2 e 2,5 vezes a distância entre a inclusão e o topo do conduto / This work presents results of laboratory tests and parametric analyses using the finite element method to evaluate the behavior of the MacDrain 2S geocomposite when used as compressible layer of the induced trench method to reduce vertical earth stress on buried structures. The analyses showed that this geocomposite, manufactured by Maccaferri América Latina, that traditionally is applied in drainage works, presented excellent behavior, providing stress reduction up to 85,5%. The results showed that the use of a geotextile layer located over the compressible element did not show a performance, what turns it dispensable. The experimental results, confirmed by the numeric analyses, showed that the compressible layer must be located as near as possible to the culvert crown, and the number of inclusion did not play important role on the system performance. Appropriate values of inclusion width must be situated between 2 and 2,5 times the distance between the geocomposite and the top of the conduit

Métodos acurados de avaliação de tenacidade à fratura, incluindo curvas de resistência ao rasgamento dúctil de juntas soldadas de dutos e risers rígidos, tornam-se essenciais em procedimentos de avaliação de defeitos em regiões de soldas e zonas termicamente afetadas, nas quais defeitos não detectados podem se propagar devido às grandes tensões e deformações envolvidas na instalação e/ou operação dessa classe de estruturas. Este trabalho apresenta uma investigação experimental da tenacidade à fratura de uma junta soldada de um duto rígido de aço API 5L X80 (curvas J-Ãa). A motivação para este trabalho decorre da demanda crescente na aplicação de dutos de alta resistência na indústria de óleo e gás, em particular dutos submarinos e risers rígidos em catenária. Para tal, foram empregados corpos de prova de tração SE(T) fixados por garras, e flexão três pontos SE(B) contendo entalhe no centro da solda, para determinação das curvas J-R pelo método do corpo de prova único utilizando a técnica da flexibilidade no descarregamento, além das funções de flexibilidade e fatores n referentes aos corpos de prova SE(T) e SE(B) em função do nível de dissimilaridades mecânicas, o que permite obter valores mais assertivos das propriedades de tenacidade à fratura de juntas soldadas. / Accurate measurements of fracture resistance properties, including crack growth resistance curves for pipeline girth welds, become essential in defect assessment procedures of the weldment region and the heat affected zone, where undetected crack-like defects (such as lack of penetration, deep undercuts, root cracks, etc.) may exhibit further crack extension due to high tensile stresses and strains during installation and in-service operation. This work presents an investigation of the ductile tearing properties for a girth weld made of an API 5L X80 pipeline steel using experimentally measured crack growth resistance curves (J-Ãa curves). Use of these materials is motivated by the increasing demand in the number of applications for manufacturing high strength pipes for the oil and gas industry including marine applications and steel catenary risers. Testing of the pipeline girth welds utilized sidegrooved, clamped SE(T) specimens and 3P bend SE(B) specimens with a weld centerline notch to determine the crack growth resistance curves based upon the unloading compliance (UC) method using a single specimen technique. Recently developed compliance functions and n-factors applicable for SE(T) and SE(B) fracture specimens with homogeneous material and overmatch welds are introduced to determine crack growth resistance data from laboratory measurements of load-displacement records. This experimental characterization provides additional toughness data which serve to evaluate crack growth resistance properties of pipeline girth welds using SE(T) and SE(B) specimens with weld centerline cracks.