Mecânica da Fratura

Avaliação de propriedades de fadiga de risers rígidos e flexíveis

Na área de fratura e fadiga serão desenvolvidas pesquisas visando caracterizar e selecionar materiais mais adequados para a fabricação de risers rígidos para águas ultra-profundas, tanto avaliando o aspecto mecânico como de corrosão. Com esse objetivo, pretende-se dar continuidade aos estudos em andamento de caracterização do comportamento em fadiga de juntas soldadas de aços de alta resistência mecânica para risers rígidos para águas profundas.

Em paralelo a esse trabalho pretende-se fazer uma avaliação do comportamento em fratura monotônica dessas juntas soldadas para caracterizar-se a tenacidade à fratura de modo a permitir previsão de situações críticas de falha. Pretende-se também, iniciar trabalhos de caracterização do comportamento em fadiga de armaduras de aço de risers flexíveis sujeitos a condições de contato com água salgada proveniente do petróleo ou água do mar, que porventura permeiem para o interior do risers, e o efeito de diferentes formas de proteção das armaduras contra o efeito dessa água salgada, no comportamento em fadiga dessas armaduras. Além disso, deseja-se caracterizar o comportamento mecânico de risers rígidos de materiais compósitos para águas profundas que estão sendo desenvolvidas no Laboratório de Materiais Compósitos da PEMM-COPPE/UFRJ* para carregamentos circunferenciais (ensaios de anel) e de dobramento e em ensaios hidrostáticos com pressão interna e externa. O comportamento em fadiga desses risers será também avaliado. Sintetizando os principais pontos dessa linha de pesquisa, pode-se citar: estudo do comportamento de propagação de trincas de fadiga em juntas soldadas de aços para risers API 5L submetidas às condições de trabalho no mar; avaliação da tenacidade à fratura das juntas soldadas de aços API 5L para risers rígidos para águas profundas; estudo do comportamento sob fadiga em água salgada de armaduras de aço de risers flexíveis – estudo de diferentes formas de proteção das armaduras sobre o comportamento em fadiga; estudos do comportamento mecânico de risers compósitos através de ensaios com carregamento circunferencial (ensaio de anel), de dobramento, ensaios hidrostáticos com pressão interna e externa e ensaios de fadiga.

  

Estudo da fratura de materiais metálicos e juntas soldadas

Essa linha de pesquisa propõe a avaliação da tenacidade à fratura de materiais metálicos e juntas soldadas (KIEAC, KIC, JIC, CTOD, Curvas R) através de ensaios mecânicos tanto na presença como na ausência de ambientes agressivos (como cloretos, H2S e CO2, por exemplo).

Dessa forma será avaliada a ação conjunta dos esforços mecânicos e meios corrosivos na degradação das propriedades mecânicas de diversos materiais metálicos.

 

Estudo das propriedades de fadiga de componentes metálicos

Essa linha de pesquisa propõe a determinação da taxa de propagação de trincas de fadiga em materiais metálicos segundo a norma ASTM E 647-05. Será feito o levantamento da vida em fadiga de materiais metálicos através da obtenção de curvas S-N. Uma das atividades dentro dessa linha de pesquisa será a realização de testes de fadiga em tubulações de aços API e aços inoxidáveis, através de pressurização interna cíclica, de forma a obter parâmetros de fadiga em dutos sob condições (carregamento mecânico, ambiente e temperatura) que se aproximem das condições operacionais.

Uma importante parte dos estudos em fadiga de materiais metálicos será dedicada aos risers. Será realizado o desenvolvimento de tecnologia para simulador de esforços mecânicos em armadura de riser.

Dentro dessa linha serão feitos testes de fadiga em risers em escala real, avaliando o comportamento mecânico e identificando regiões críticas em linhas flexíveis diante de esforços mecânicos que se aproximem das condições reais de serviço.

  

 Ensaios de corrosão-fadiga em alta pressão

O crescente aumento da lâmina d’água nas zonas de produção offshore tende a inviabilizar o uso de linhas flexíveis. Atualmente, mesmo quando o emprego dessas linhas é viável tecnicamente, a crescente demanda no mercado tem feito com que essas linhas passem a ter seus valores elevados e com prazos de fornecimento muito alongados, inviabilizando economicamente os projetos de E&P. A solução, técnica e econômica, tem sido projetar sistemas de produção com linhas de coletas e exportação empregando linhas rígidas de aço carbono, tanto nas linhas de escoamento como nos risers. Como os fluidos escoados são, na maioria das vezes, severamente corrosivos devido à presença de gases como H2S e CO2, torna-se necessário injetar produtos químicos para o controle da corrosão, tanto para redução dos teores desses gases como pela inibição direta da corrosão, com a injeção de inibidores de corrosão ou controladores de pH. Em virtude dos novos empreendimentos da indústria do petróleo no país, há um aumento da necessidade de testes e qualificação de materiais em diferentes condições de operação. Neste sentido, os ensaios de corrosão-fadiga são de grande valia no processo de qualificação de materiais e determinação de defeitos mínimos aceitáveis em tubulações. Esta linha de pesquisa tem por intuito avaliar a eficiência de um inibidor de corrosão no fenômeno de corrosão-fadiga e a influência da presença do par galvânico na taxa de propagação de trincas de fadiga. Para isso o LNDC dispõe de laboratório com máquinas de corrosão-fadiga de elevada rigidez e autoclaves cladeadas com Inconel para ensaios a elevada pressão (até 300 bar) e temperatura (até 80°C), com meios agressivos contendo H2S e CO2. Além da realização desses importantes ensaios espera-se realizar simulações numéricas para o desenvolvimento de modelos que apoiem e sustentem rotas de decisão do comportamento de estruturas a partir de ensaios laboratoriais e capacitar mão-de-obra nacional especializada em corrosão-fadiga.

 

Ensaios em Protótipos

Realização de testes hidrostáticos em tubulações e vasos de pressão para avaliar a integridade estrutural e garantir a segurança destes equipamentos e/ou componentes dentro das condições operacionais de pressão, meio agressivo e temperatura.

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