Simulação multifísica para previsão da pressão de falha de dutos corroídos com reparo por material compósito submetidos à pressão interna e carregamento térmico

SILVA, Nadège Sophie Bouchonneau da, também é conhecida em citações bibliográficas por: BOUCHONNEAU, Nadège.CAPESCNPqFACEPEDutos de aço estão sujeitos a intempéries do ambiente, assim, podem sofrer deterioração adversa sob a forma de corrosão, rachaduras, desgaste, ondulações, vazamento e ruptura. Visando diminuir acidentes com a requisição de menor valor financeiro, reparos localizados com luvas de materiais compósitos apresentam um bom potencial de utilização com relativo baixo custo e, se bem dimensionados, boa segurança. Uma característica importante na seleção de materiais para uso em conjunto com dutos é a temperatura, já que óleos em geral apresentam um melhor escoamento em temperaturas mais altas. Neste trabalho é apresentado uma modelagem numérica e simulações computacionais utilizando o software comercial COMSOL Multiphysics® baseado no Método dos Elementos Finitos (MEF), em que a validação dos modelos é realizada a partir de dados experimentais disponíveis na literatura para um duto íntegro, um duto com desgaste e um duto desgastado com luva de material compósito, constituído de fibra de vidro e epóxi. Os resultados numéricos apresentaram boa acurácia com erros na pressão de falha de 1,8%, 2,9% e 2,1% respectivamente em comparação com dados experimentais. Após validação dos modelos, três estudos foram elaborados: o primeiro foi um estudo paramétrico buscando verificar o impacto da dimensão do defeito no dimensionamento de um reparo de luva compósita. Verificou-se que existe uma tendência para elevação das tensões no defeito com o aumento da largura e uma diminuição das tensões com o aumento do comprimento em um desgaste com formato retangular. Contudo, as simulações realizadas apresentaram diferença de tensão máxima não superior a 3%, ou seja, não apresentando significância relevante no dimensionamento do reparo. O segundo estudo buscou a influência de colônias de defeito em dutos reparados, o que também não apresentou significância no dimensionamento de reparo. O terceiro estudo ocorreu com uma análise de efeitos térmicos com intuito da aplicação de luvas compósitas em dutos com temperatura acima da temperatura ambiente. As simulações multifísicas indicaram que o carregamento térmico teve um impacto significante nos resultados e deve ser considerado nos estudos de integridade de reparos compósitos para garantir sua segurança operacional.Steel pipes are subjected to environmental weathering, thus, they can suffer adverse deterioration in the form of corrosion, cracks, wear, undulations, leakage and rupture. In order to reduce accidents while ensuring lower financial value, localized repairs with sleeves of composite materials present a good potential of use with relatively low cost and, if well dimensioned, are safe. An important feature in the selection of materials to be used with pipelines is the temperature, since oils generally have a better flow at higher temperatures. In this work a numerical modeling and computational simulations were presented using the COMSOL Multiphysics® commercial software, based on Finite Element Method (FEM), where the validation of the models is performed out from experimental data available in literature for a complete pipe, a worn pipe and a worn pipe with a composite material sleeve, consisting of glass fiber and epoxy. Numerical results presented good accuracy, with errors in the failure pressure of 1.8%, 2.9% and 2.1%, respectively, compared with experimental data. After the validation of the models, three studies were performed: the first was a parametric study aiming to verify the impact of the defect size on the design of a composite sleeve repair. It was verified that there stresses tend to increase in the defect region with the increase of the width and stresses tend to decrease with the increase of the length in a rectangular shaped wear. Nevertheless, the numerical simulations presented a maximum stress difference less than 3%, which is not leading to significant effect in the design of the repair. The second study aimed to investigate the influence of defect colonies on repaired pipes, which also was not significant in the repair dimensioning. The third study was carried out with an analysis of thermal effects for the application of composite sleeve in pipes with temperature above room temperature. The multiphysical simulations indicate that the thermal load had a significant impact on results and must be considered in the composite repair integrity studies, in order to guarantee its operational safety