RESISTÊNCIA DE DUTOS COM DEFEITOS USINADOS / STRENGTH OF PIPES WITH MACHINED DEFECTS

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DATA DE PUBLICAÇÃO

2002

RESUMO

Segundo Muhlbauer [1], 25 % dos acidentes com dutos são causados por corrosão. Com o envelhecimento da malha dutoviária, os acidentes tendem a ser mais freqüentes ou seus custos de manutenção majorados. Isto porque as metodologias atuais são, em sua maioria, demasiadamente conservativas. Com o surgimento de novas técnicas de inspeção e o avanço da microinformática, justifica-se o investimento em pesquisa e no desenvolvimento de metodologias numéricas mais fiéis ao comportamento mecânico do defeito, mantendo a segurança dos dutos e assegurando a competitividade econômica de suas operadoras. Neste trabalho utilizou-se nove espécimes tubulares de aço API 5L X60, com comprimento nominal de 2 m, diâmetro de 323 mm e espessura de 9.53 mm. Nestes espécimes foram usinados defeitos por eletroerosão com o objetivo de simular corrosão. Esses defeitos tinham espessura residual de 3 mm (30% da espessura nominal), 95.3 mm de largura (10 vezes a espessura nominal) e comprimentos entre 250 e 525 mm. Estes espécimes foram instrumentados com extensômetros de resistência elétrica especiais para grandes deformações plásticas e foram pressurizados até sua ruptura. Baseado nas geometrias dos corpos de prova existentes construiu-se modelos para a análise numérica. Esta análise utilizou o elemento sólido de oito nós por exigir um tempo computacional menor que o de 20 nós. Com relação ao elemento de casca, o elemento sólido de 8 nós modela melhor a geometria do defeito e o perfil de deformações elastoplásticas ao longo da espessura. Inicialmente foram feitas análises lineares. Estas foram seguidas de análises não-lineares, onde utilizou-se as propriedades reais do material de cada tubo. Os valores obtidos nestas análises foram confrontados com os valores experimentais de deformações elastoplásticas medidas, com o objetivo de validar o modelo numérico, obtendose boa correlação. Durante a validação do modelo analisou-se o critério de ruptura numérico a ser adotado, a influência de pequenas variações da espessura, a influência do raio de adoçamento entre a superfície externa do defeito e as paredes íntegras do tubo, os incremento ótimos de pressão interna, e a importância do uso das propriedades mecânicas do material específico de cada tubo. Este trabalho faz uma análise completa dos espécimes tubulares, conseguindo desenvolver uma metodologia capaz de reproduzir o experimento. Ponderam- se todos os fatores que influenciam uma análise não-linear e concluiu-se que a ruptura experimental acontece dentro de uma faixa de valores cujos limites dependem do critério de ruptura adotado. Verificou-se que esta faixa está compreendida entre a pressão que causa tensão equivalente de Mises igual à tensão de ruptura do material no primeiro elemento e a instabilidade numérica, que ocorre quando todos os elementos ao longo da espessura, em qualquer região do defeito, atingem a tensão equivalente de Mises igual à tensão de ruptura verdadeira do material. Nos casos estudados, esta faixa teve limites distantes entre si da ordem de 0.4 MPa, abaixo de 2% da pressão de ruptura.

ASSUNTO(S)

elementos finitos pipes corrosion dutos finite elements resistance resistencia corrosao

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