DIFUSÃO DE GASES EM DUTOS FLEXÍVEIS SUBMARINOS: UMA ANÁLISE PELO MÉTODO DOS ELEMENTOS FINITOS

João Marcos Bastos Vieira; José Renato Mendes de Sousa

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Trabalho

Título do Trabalho

DIFUSÃO DE GASES EM DUTOS FLEXÍVEIS SUBMARINOS: UMA ANÁLISE PELO MÉTODO DOS ELEMENTOS FINITOS

Autores

João Marcos Bastos Vieira
José Renato Mendes de Sousa

Modalidade

Resumo apresentação oral padrão

Área temática

Centro de Tecnologia (CT)/Engenharia Civil

Data de Publicação

22/03/2021

País da Publicação

Brasil

Idioma da Publicação

Português

Página do Trabalho

https://www.even3.com.br/anais/jgmictac/314738-difusao-de-gases-em-dutos-flexiveis-submarinos--uma-analise-pelo-metodo-dos-elementos-finitos

ISBN

978-65-5941-128-3

Palavras-Chave

Difusão, Dutos submarinos, Método dos elementos finitos, Fugacidade.

Resumo

No Brasil, a produção de hidrocarbonetos advém, majoritariamente, de campos com lâminas d’água profundas e ultra-profundas nas quais se empregam unidades flutuantes de produção e completação submarina. Nesse cenário, dutos submarinos capazes não só de absorver os movimentos dessas unidades como também resistir às condições ambientais severas frequentemente observadas nessas locações são fundamentais para uma operação segura. Por essas razões, desde meados da década de 1970, dutos flexíveis são empregados no Brasil na explotação offshore de óleo e gás. Esses são formados por diversas camadas metálicas e poliméricas e cada camada possui uma função específica para o bom desempenho estrutural. Por exemplo, as camadas poliméricas, têm como principais funções promover a estanqueidade do duto, minimizar o desgaste das camadas metálicas ou ainda promover o isolamento térmico do duto. Por outro lado, as camadas ou armaduras metálicas são formadas por um ou mais arames enrolados helicoidalmente em torno do eixo do duto, com seção transversal complexa, e têm como função resistir aos carregamentos impostos ao duto. Essas armaduras são construídas com aço inoxidável ou aço com médio/alto teor de carbono. Entretanto, as moléculas de gases que fluem internamente pelo bore do duto (região interna à primeira camada estanque da estrutura) podem permear por essa camada, devido ao fenômeno de difusão, alcançando a região anular (região entre a camada estanque mais interna e a mais externa do duto). A alta concentração desses gases no anular, em particular o CO2 e o H2S, pode acelerar o processo de corrosão das armaduras metálicas devido à alta agressividade desses gases, reduzindo drasticamente a vida útil da linha. Desta forma, esse trabalho tem como objetivo principal elaborar um modelo numérico baseado no Método dos Elementos Finitos (MEF) capaz de prever a evolução da concentração dos gases no anular. Para tal, através de hipóteses simplificadoras, foi desenvolvido um modelo baseado em elementos planos axissimétricos e elementos de contato através da plataforma comercial ANSYS®. Os elementos planos axissimétricos modelam as camadas da estrutura, enquanto os elementos de contato permitem a interação entre elas. Em função da dependência das propriedades difusivas da temperatura nas camadas, o modelo também trata o problema térmico de modo desacoplado, isto é, antes da realização das análises de difusão, determina-se o perfil de temperaturas ao longo da seção do duto flexível. Calculadas as temperaturas, atribuem-se as propriedades difusivas às camadas. Deve-se destacar que, enquanto a análise térmica é estacionária, as análises de difusão podem ser transientes capturando, portanto, o início do bombeio ou até possíveis paradas e retomadas de produção. Utilizando esse modelo, alguns estudos de caso foram realizados para verificar a resposta da estrutura. Dois tipos de modelos foram elaborados: no primeiro, a complexa seção transversal das camadas metálicas é simulada por meio de seções retangulares equivalentes garantindo, apenas, o volume de vazios interno a elas; no segundo, os perfis são modelados detalhadamente. Os resultados obtidos indicam que a simplificação geométrica do perfil das camadas metálicas é capaz de reduzir consideravelmente a malha de elementos finitos, sem comprometer as repostas de evolução da concentração dos gases no anular.

Título do Evento: XLII Jornada Giulio Massarani de Iniciação Científica, Tecnológica, Artística e Cultural (JICTAC 2020 - Edição Especial) - Evento UFRJ
Título dos Anais do Evento: Anais da Jornada Giulio Massarani de Iniciação Científica, Tecnológica, Artística e Cultural
Nome da Editora: Even3
Meio de Divulgação: Meio Digital

Como citar

VIEIRA, João Marcos Bastos; SOUSA , José Renato Mendes de Sousa . DIFUSÃO DE GASES EM DUTOS FLEXÍVEIS SUBMARINOS: UMA ANÁLISE PELO MÉTODO DOS ELEMENTOS FINITOS.. In: Anais da Jornada Giulio Massarani de Iniciação Científica, Tecnológica, Artística e Cultural. Anais...Rio de Janeiro(RJ) UFRJ, 2021. Disponível em: https//www.even3.com.br/anais/jgmictac/314738-DIFUSAO-DE-GASES-EM-DUTOS-FLEXIVEIS-SUBMARINOS--UMA-ANALISE-PELO-METODO-DOS-ELEMENTOS-FINITOS. Acesso em: 21/05/2025