Geração automática e análise de modelos de dutos com defeitos causados por corrosão

Abstract

Nas últimas décadas, com o aumento da produção de petróleo e gás natural, houve um aumento significativo na demanda por dutos de grande vazão e um crescimento da malha dutoviária. Em geral, os novos projetos de dutos apresentam grandes diâmetros, menores espessuras de parede e operam sob alta pressão. Porém, esta nova configuração, no caso de dutos defeituosos, pode levar à falha da estrutura gerando danos econômicos, ambientais e humanos. Desta forma, para que um duto opere com segurança é necessário o seu monitoramento, e caso ocorra defeitos, deve-se fazer uma análise para verificar a integridade do duto sobre esta falha. Para melhor estudar o comportamento de tais estruturas, os procedimentos numéricos se inserem como uma alternativa eficiente e poderosa, em contradição aos testes experimentais, que encontram dificuldades em representar os dados reais das estruturas, e aos métodos analíticos, que consideram simplificações em suas formulações. Estender com segurança a vida útil de tais dutos tornou-se para os engenheiros, portanto uma importante tarefa. O presente trabalho apresenta uma metodologia para estimar a carga de ruptura de dutos com defeitos causados por corrosão. Para a simulação numérica foi utilizado o programa comercial MARC e para pré e pós-processamento, o programa PATRAN. Utilizando-se a linguagem de programação deste último, foi criada uma rotina específica que automatiza a geração de modelos, introdução das cargas e condições de contorno. Os modelos de defeitos aqui representados possuem geometria com forma combinadas de superfícies elípticas e cilíndricas, e com dois planos de simetria. Foram feitos modelos com apenas elementos sólidos e modelos onde a região do defeito e suas proximidades, foram utilizados elementos sólidos e fora desta região, elementos de casca. Assume-se que o material possui comportamento elasto-plástico e a não-linearidade geométrica também foi considerada. Os carregamentos aplicados foram pressão interna e tensão axial gerada por esta pressão. Alguns exemplos de modelos de dutos com defeitos serão apresentados como também será estudada a capacidade de carga de dutos com a evolução do defeito (estudo paramétrico), o refinamento de malha, a influência da inclusão dos efeitos da não-linearidade geométrica, a utilização de elementos lineares e quadráticos. Por fim, serão feitas comparações entre os valores obtidos numericamente e aqueles calculados segundo as normas ASME e BS 7910