Simulação multifísica para previsão da pressão de falha de dutos corroídos com reparo por material compósito submetidos à pressão interna e carregamento térmico

Abstract

Dutos de aço estão sujeitos a intempéries do ambiente, assim, podem sofrer deterioração adversa sob a forma de corrosão, rachaduras, desgaste, ondulações, vazamento e ruptura. Visando diminuir acidentes com a requisição de menor valor financeiro, reparos localizados com luvas de materiais compósitos apresentam um bom potencial de utilização com relativo baixo custo e, se bem dimensionados, boa segurança. Uma característica importante na seleção de materiais para uso em conjunto com dutos é a temperatura, já que óleos em geral apresentam um melhor escoamento em temperaturas mais altas. Neste trabalho é apresentado uma modelagem numérica e simulações computacionais utilizando o software comercial COMSOL Multiphysics® baseado no Método dos Elementos Finitos (MEF), em que a validação dos modelos é realizada a partir de dados experimentais disponíveis na literatura para um duto íntegro, um duto com desgaste e um duto desgastado com luva de material compósito, constituído de fibra de vidro e epóxi. Os resultados numéricos apresentaram boa acurácia com erros na pressão de falha de 1,8%, 2,9% e 2,1% respectivamente em comparação com dados experimentais. Após validação dos modelos, três estudos foram elaborados: o primeiro foi um estudo paramétrico buscando verificar o impacto da dimensão do defeito no dimensionamento de um reparo de luva compósita. Verificou-se que existe uma tendência para elevação das tensões no defeito com o aumento da largura e uma diminuição das tensões com o aumento do comprimento em um desgaste com formato retangular. Contudo, as simulações realizadas apresentaram diferença de tensão máxima não superior a 3%, ou seja, não apresentando significância relevante no dimensionamento do reparo. O segundo estudo buscou a influência de colônias de defeito em dutos reparados, o que também não apresentou significância no dimensionamento de reparo. O terceiro estudo ocorreu com uma análise de efeitos térmicos com intuito da aplicação de luvas compósitas em dutos com temperatura acima da temperatura ambiente. As simulações multifísicas indicaram que o carregamento térmico teve um impacto significante nos resultados e deve ser considerado nos estudos de integridade de reparos compósitos para garantir sua segurança operacional.