Análise de confiabilidade de dutos submarinos ovalizados e com defeitos de corrosão submetidos à pressão externa via método de elementos finitos
Ano de defesa: | 2022 |
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Instituição de defesa: |
Universidade Federal de Pernambuco
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Programa de Pos Graduacao em Engenharia Civil
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Não Informado pela instituição
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País: |
Brasil
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Palavras-chave em Português: | |
Link de acesso: | https://repositorio.ufpe.br/handle/123456789/48875 |
Resumo: | 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. |
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MOURA, Vinícius Wendel dos Santoshttp://lattes.cnpq.br/5292333070851086http://lattes.cnpq.br/3244489374228723MOTTA, Renato de Siqueira2023-01-31T16:40:11Z2023-01-31T16:40:11Z2022-08-08MOURA, Vinícius Wendel dos Santos. Análise de confiabilidade de dutos submarinos ovalizados e com defeitos de corrosão submetidos à pressão externa via método de elementos finitos. 2022. Dissertação (Mestrado em Engenharia Civil) – Universidade Federal de Pernambuco, Recife, 2022.https://repositorio.ufpe.br/handle/123456789/48875A 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.The oil and natural gas industry generates billions of reais a year, this is about of Brazil. In fact, the quarterly reports of production and sales of oil and natural gas show an increase in production year after year. All these materials are carried through pipelines, one of the main structures of this economic activity. However, certain situations can occur with pipelines from their conception to their installation and operation, one of which is capable of causing deformations in the shape of these pipelines: ovality, which must be considered in analysis of submarine pipelines. While in operation, pipelines can suffer from corrosion, a natural process capable of deteriorating their integrity and causing damage to their performance. These situations can manifest themselves in a way capable of causing the collapse of the pipelines, so maintenance and investigation plans are important to prevent accidents, which in most cases have a great social, economic and environmental impact. This dissertation seeks to study the collapse pressure of oval submarine pipelines and with corrosion defects subjected to external pressure to be applied in the reliability analysis, which corresponds to a statistical study that seeks to estimate the probability of failure associated with a safety level, ensuring structural stability. For reliability analysis, it is necessary to define the failure function and the random variables of the problem. In this work, the failure function will depend on the evaluation of the collapse pressure. Semi-empirical formulations proposed by authors such as Netto (2010), Bai and Bai (2005), Klever and Tamano (2006), and DNV (2013), coded in the Matlab program, were used. The results obtained by the semi-empirical formulations were compared with numerical simulations using the Finite Element Method (FEM). In terms of complexity and non-linearity of the problem, the pipeline was simulated in a computational tool: CORDUT, which uses some software, which has the FEM in its analyses. For this, data on the pipe, the corrosion defect and the ovality are introduced into the program. In this way, part of the pipe is modeled for the non-linear analysis to be performed automatically by Cordut, returning the value of the pipe failure pressure. Two ovality models were considered in the analysis, that of Motta (2021) and that of Karadeniz (2001). This dissertation considered the validation phase between the results by the semi-empirical formulations, mentioned above, and the results by Cordut with the experimental results, cited by Netto (2010). Validation consisted of obtaining the relative error for each result by the semi-empirical models in relation to the experimental result as well as obtaining the relative error for each result by Cordut in relation to the experimental result. The results showed that the semi- empirical formulations, to calculate the failure pressure, were consistent with the experimental results, such as the formulation by Netto (2010). The formulation of the DNV standard (2013) and the formulation proposed by Bai and Bai (2005) proved to be conservative, for the calculation of the failure pressure, since they consider the minimum thickness along the pipeline at the point where the maximum depth occurs. of corrosion.porUniversidade Federal de PernambucoPrograma de Pos Graduacao em Engenharia CivilUFPEBrasilhttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/info:eu-repo/semantics/openAccessEngenharia civilDutos submarinosCorrosãoOvalizaçãoConfiabilidade estruturalPressão de colapsoMétodos semiempíricosMétodo dos elementos finitosAnálise de confiabilidade de dutos submarinos ovalizados e com defeitos de corrosão submetidos à pressão externa via método de elementos finitosinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesismestradoreponame:Repositório Institucional da UFPEinstname:Universidade Federal de Pernambuco (UFPE)instacron:UFPELICENSElicense.txtlicense.txttext/plain; charset=utf-82362https://repositorio.ufpe.br/bitstream/123456789/48875/3/license.txt5e89a1613ddc8510c6576f4b23a78973MD53TEXTDISSERTAÇÃO Vinícius Wendel dos Santos Moura,.pdf.txtDISSERTAÇÃO Vinícius Wendel dos Santos Moura,.pdf.txtExtracted texttext/plain226771https://repositorio.ufpe.br/bitstream/123456789/48875/4/DISSERTA%c3%87%c3%83O%20Vin%c3%adcius%20Wendel%20dos%20Santos%20Moura%2c.pdf.txt2f048f3db16c74c608807658d0fc2302MD54THUMBNAILDISSERTAÇÃO Vinícius Wendel dos Santos Moura,.pdf.jpgDISSERTAÇÃO Vinícius Wendel dos Santos Moura,.pdf.jpgGenerated Thumbnailimage/jpeg1204https://repositorio.ufpe.br/bitstream/123456789/48875/5/DISSERTA%c3%87%c3%83O%20Vin%c3%adcius%20Wendel%20dos%20Santos%20Moura%2c.pdf.jpg9af89a8256487e43d5a06f55cacab2b2MD55ORIGINALDISSERTAÇÃO Vinícius Wendel dos Santos Moura,.pdfDISSERTAÇÃO Vinícius Wendel dos Santos Moura,.pdfapplication/pdf2278661https://repositorio.ufpe.br/bitstream/123456789/48875/1/DISSERTA%c3%87%c3%83O%20Vin%c3%adcius%20Wendel%20dos%20Santos%20Moura%2c.pdf7580078f58cff6eb005ac1adeb9b4927MD51CC-LICENSElicense_rdflicense_rdfapplication/rdf+xml; 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