Desenvolvimento de ferramentas computacionais para modelagem e análise automática de defeitos de corrosão em dutos

Abstract

A segurança operacional da malha de dutos de transporte de hidrocarbonetos é uma grande preocupação de todas as companhias de petróleo, devido aos imensos danos econômi-cos, sociais e em termos da imagem da companhia que um acidente de grande porte com um duto pode causar. Esta malha deve ser monitorada continuamente e problemas encontrados devem ser avaliados de forma confiável, a fim de analisar o comprometimento da integridade estrutural do duto e permitir que reparos necessários sejam realizados com segurança, antes que estes defeitos causem um acidente. No caso de defeitos causados por corrosão, a análise computacional com o Método dos Elementos Finitos (MEF) tem se mostrado uma das ferra-mentas mais eficientes para a avaliação correta da integridade estrutural de dutos com defei-tos. Estas ferramentas permitem considerar diretamente os fenômenos físicos envolvidos no processo de falha do duto resultando assim em resultados mais precisos que os encontrados por meio de modelos semi-empíricos e bem mais rápidos e econômicos que os obtidos através de experimentos em laboratório. A análise via o MEF, no entanto, requer uma grande especialização e um treinamento específico que não são característicos de todos os engenheiros de tubulações. O processo para a criação de bons modelos computacionais para um defeito, que inclui a modelagem fiel da geometria deste defeito e a geração de uma malha apropriada, demanda uma interação manual constante do engenheiro, é demorado e muito repetitivo, e por estas razões muito propenso a erros. Normalmente, este procedimento é repetido desde o início para cada novo problema analisado, em um patente desperdício de recursos humanos qualificados. A principal proposta deste trabalho foi desenvolver um conjunto de ferramentas com-putacionais que produzem automaticamente modelos de dutos com defeitos, prontos para se-rem analisados em programas comerciais que implementam o MEF, a partir de alguns parâ-metros que localizem e forneçam as dimensões principais do defeito ou de uma série de de-feitos. Estas ferramentas são baseadas no programa comercial de pré e pós-processamento MSC.PATRAN e foram produzidas por meio da linguagem de programação PCL (Patran Command Language). O programa de geração automática de modelos (denominado programa PIPEFLAW) tem interface gráfica simplificada e personalizada, de forma que um engenheiro, com noções básicas de simulação computacional com elementos finitos, possa gerar rapida-mente modelos que resultem em simulações precisas e confiáveis. A realização das análises não-lineares foi feita por meio de um script implementado na linguagem de programação PYTHON a partir do qual toda a análise é gerenciada através da execução automática de tarefas pré-determinadas. Assim, a cada iteração da análise, o sol-ver ANSYS é acionado pelo script e em seguida, os resultados gerados durante aquela iteração são lidos e interpretados pelo script possibilitando que os critérios de convergência e incremento de carga, pré-definidos pelo usuário, sejam aplicados automaticamente, diferen-temente do procedimento usual quando se ativa os critérios de convergência e de incremento de carga determinados pelo solver . Por fim, são apresentados alguns exemplos de modelos de dutos gerados automatica-mente pelo programa PIPEFLAW. Os resultados de análises numéricas, realizadas utilizando as ferramentas desenvolvidas neste trabalho, são comparados com resultados empíricos, nu-méricos e experimentais disponíveis na literatura com o objetivo de validar as ferramentas aqui apresentadas