Avaliação da integridade estrutural de dutos contendo trincas semielípticas via opção 1 da norma BS7910 e o método dos elementos finitos

Abstract

Dutos são componentes utilizados em larga escala para a transferência de fluidos de forma rápida e autônoma, sendo hoje a melhor relação custo benefício logístico encontrada no mercado. Contudo o risco de geração de defeitos que podem ser ocasionados por agentes externos durante sua instalação ou no período de serviço, compromete sua integridade mecânica. A segurança operacional é uma grande preocupação de todas as companhias, devido aos impactos econômicos, sociais e ambientais. Normas visam avaliar e determinar a aceitabilidade desses defeitos, em especial quando se trata de defeitos do tipo trinca, tais normas baseiam-se na mecânica da fratura para fornecer os procedimentos necessários de avaliação. Portanto a mecânica da fratura apresenta-se como uma ferramenta importante para avaliação de integridade estrutural, utilizando o fator de intensidade de tensões (FIT). A trinca do tipo semielíptica é a mais comumente encontrada em situações reais e apresenta certa dificuldade na obtenção dos corretos FIT’s, devido a complexas configurações. O uso de normas, no entanto, implica em uma simplificação na geometria dos defeitos reais, o que pode levar a resultados imprecisos, sendo, portanto, adotado o Método dos Elementos Finitos (MEF) como uma boa ferramenta de comparação para confrontar os resultados produzidos pela norma, principalmente quando experimentos de laboratório se tornam muito custosos ou inviáveis. Este estudo tem como objetivo avaliar a integridade estrutural de dutos de transporte de hidrocarbonetos de aço API 5CT P110 submetidos à pressão interna contendo trincas semielípticas longitudinais utilizando a metodologia de avaliação encontrada na Opção 1 da norma britânica BS 7910. Os resultados dessa avaliação foram comparados com os resultados obtidos em simulações computacionais realizadas em software MEF e plotados no diagrama de avaliação de falha – FAD. O tamanho de trincas críticas nas condições estudadas foi 14,2 𝑚𝑚 de acordo com a abordagem analítica da norma BS 7910:2013 e 15,5 𝑚𝑚 de acordo com a análise MEF. Verificou-se, também, que quanto maior a profundidade relativa da trinca à espessura da parede do duto, maior o conservadorismo da norma.