Análise de confiabilidade de dutos submarinos ovalizados e com defeitos de corrosão submetidos à pressão externa via método de elementos finitos

Abstract

A indústria do petróleo e gás natural movimenta bilhões de reais por ano, isto falando do Brasil. De fato, os relatórios trimestrais de produção e vendas de petróleo e gás natural apresentam aumento na produção ano após ano. Todos esses materiais são conduzidos pelos dutos, uma das principais estruturas dessa atividade econômica. Entretanto, determinadas situações podem ocorrer com os dutos desde a sua concepção até a sua instalação e operação, sendo uma destas capaz de causar deformações no formato desses dutos: a ovalização, que devem ser consideradas em análises de dutos submarinos. Já em atividade os dutos podem sofrer por corrosão, um processo natural capaz de deteriorar a integridade destes e causar prejuízo ao desempenho dos mesmos. Estas situações podem se manifestar de uma maneira capaz de ocasionar o colapso dos dutos, por isso é importante planos de manutenção e investigação para prevenir acidentes, que na maioria das vezes são de grande impacto social, econômico e ambiental. Esta dissertação busca estudar a pressão de colapso dos dutos submarinos ovalizados e com defeitos de corrosão submetidos à pressão externa para ser aplicada na análise de confiabilidade, que corresponde a um estudo estatístico que busca estimar a probabilidade de falha associada a um nível de segurança, garantindo a estabilidade estrutural. Para a análise de confiabilidade, é necessário definir a função de falha e as variáveis aleatórias do problema. Neste trabalho, a função de falha dependerá da avaliação da pressão de colapso. Foram utilizadas formulações semiempíricas propostos por autores como Netto (2010), Bai e Bai (2005), Klever e Tamano (2006), e DNV (2013), codificadas no programa Matlab. Os resultados obtidos pelas formulações semiempíricas foram comparados com simulações numéricas utilizando o Método dos Elementos Finitos (MEF). Em termos de complexidade e não linearidade do problema, o duto foi simulado em uma ferramenta computacional: o CORDUT, que utiliza alguns softwares, que possuem o MEF em suas análises. Para isto, dados do duto, do defeito de corrosão e da ovalização são introduzidos no programa. Desta forma, parte do duto é modelada para a análise não-linear ser executada de forma automática pelo Cordut, retornando o valor da pressão de falha do duto. Dois modelos de ovalização foram considerados na análise, o de Motta (2021) e o de Karadeniz (2001). Considerou-se uma fase de validação entre os resultados pelas formulações semiempíricas, mencionadas anteriormente, e os resultados pelo Cordut com os resultados experimentais, citados por Netto (2010). A validação consistiu na obtenção do erro relativo para cada resultado pelos modelos semiempíricos com relação ao resultado experimental como também a obtenção do erro relativo para cada resultado pelo Cordut com relação ao resultado experimental. Os resultados mostraram que as formulações semiempíricas, para o cálculo da pressão de falha, se mostraram consistentes com os resultados experimentais, como a formulação do Netto (2010). A formulação da norma DNV (2013) e a formulação proposta por Bai e Bai (2005) se mostraram conservadoras, para o cálculo da pressão de falha, uma vez que elas consideram a espessura mínima ao longo do duto no ponto onde ocorre a máxima profundidade de corrosão.