Seguindo o objetivo proposto para este trabalho, neste momento serão detalhadas as condições ambientais dos ensaios, a preparação dos tubos na bancada experimental, a geometria e propriedades mecânicas específicas dos tubos de aço a serem ensaiados, as observações realizadas durante os experimentos e seus principais resultados.
Para que fosse possível uma comparação direta e mais confiável entre os resultados numéricos e os experimentais, as propriedades mecânicas e algumas características geométricas a serem utilizadas nas simulações deste capítulo foram obtidas pelo fabricante do tubo em estudo (GRAVIA).
Para tanto, na Tab. (5.1) podem ser observadas as novas propriedades consideradas para os tubos 1 (íntegro e reparado) e tubo 2 (desbastado).
Tabela 5.1: Propriedades dos corpos de prova utilizados na análise experimental. Tubo 1 2
Tipo de Aço 1010 1010
Tipo de Tubo com costura com costura Método de Fabricação laminado a quente laminado a quente
σesc MPa (kgf/mm2) 179,523 (18,30) 179,523 (18,30)
σrup MPa (kgf/mm2) 323,73 (33,0) 323,73 (33,0)
141 Segundo a norma ANSI/ASME B31, admite-se um valor de aproximadamente 10% para a variação da espessura da parede e do diâmetro interno entre tubos com mesmas especificações geométricas, devido a diferenças ocorridas no processo de fabricação. No caso, ambos os tubos têm a mesma especificação e o mesmo fabricante. Suas espessuras, exatamente iguais entre si, e seus diâmetros internos, cuja diferença é de aproximadamente 2%, estão de acordo com a norma.
Outro detalhe importante a ser mencionado é o fato dos tubos serem costurados. Esta é uma denominação errônea para o material, porém o nome se consolidou tal como "xerox". Esta denominação veio de muito tempo atrás, quando o processo utilizado era de baixa freqüência (50 ou 60 hz), o que dava ao material uma aparência de material "costurado". Hoje o processo é realizado com solda longitudinal com alta freqüência, sendo que o processo de soldagem mais comum é o E.R.W. (Solda por Resistência Elétrica). A solda com alta freqüência garante a homogeneidade da matéria-prima com a solda, o que confere excelentes características aos produtos. Os processos de fabricação para obtenção do produto final variam de acordo com a norma em que o tubo vai ser fabricado (Tebecherani, 2007). Segundo a empresa Titanium, tubos com costura são produzidos nos diâmetros e comprimentos mais comuns do mercado, sendo que para espessuras de parede abaixo de 1,5 mm, são mais econômicos que os sem costura. O volume de tubos com costura é bem alto e sua performance tem sido a mesma dos sem costura. Por este motivo, selecionou-se o tubo costurado para os experimentos. Além disso, por possuir homogeneidade ao longo de toda a costura, evitam problemas de deformações distintas na costura ao longo do comprimento do tubo. Contudo, a costura oferece alguns inconvenientes que serão mencionados posteriormente.
É importante destacar que para cada ensaio experimental foi realizada uma nova simulação numérica específica no Compshell, dependendo das condições ambientais, físicas e específicas do tubo a ser ensaiado e do aparato experimental. Para posterior comparação com os dados obtidos experimentalmente, a Tab. (5.2) resume todos os resultados encontrados com auxílio do Compshell para os tubos íntegro, desbastado e reparado (hipótese híbrido destacada no capítulo 4).
Tabela 5.2: Resultados numéricos obtidos com o Compshell para os tubos íntegro, desbastado e com reparo híbrido. Tubo Íntegro Desbastado Reparado
Pesc (bar) 99,15 44,60 88,74
xesc (mm) 80,0 286,7 175,0
Prup (bar) 178,9 81,13 160,1
142 Apenas como observação, é importante destacar que cada valor de deformação e pressão apresentado nas tabelas de resultados para cada ensaio, é a média de valores obtidos experimentalmente. Para cada faixa de valores aproximados de pressão (com os quais obteve-se uma pressão média correspondente), realizou-se a média das deformações correspondentes. A maioria dos gráficos deste capítulo foram plotados utilizando-se estes valores médios.
Além disso, é importante destacar que para todos os experimentos, utilizou-se a mesma configuração do Sistema de Aquisição de Dados ADS 2000 quanto ao Rcal, onde as deformações circunferenciais utilizaram o Rcal 2 e as deformações axiais utilizaram o Rcal 1. Estes dois parâmetros são selecionados pelo operador de acordo com o intervalo de deformação, em μStrain, que contenha todas as deformações ocorridas no experimento. Cada Rcal está associado a uma resistência e a um parâmetro do sistema chamado Shunt
Eng (o qual deve ser inserido pelo operador na entrada de dados do sistema, de acordo
com o Rcal já escolhido), segundo a Tab. (5.3).
Tabela 5.3: Tipos de Rcal
Rcal Resistência (Ω) Shunt Eng
Rcal1 57709 -983,45
Rcal2 190603 -298,19
Rcal3 579128 -98,65
Ao calibrar o sistema, este escolherá automaticamente a melhor resistência de calibração para os limites de trabalho, os quais são obtidos ao calibrar-se o ganho de cada sensor conectado ao sistema de aquisição de dados. O valor do ganho é selecionado e ajustado pelo operador, podendo ser de 1, 1000, 2000, 5000, por exemplo. Após a calibração do sistema, o software AqDados fornece uma tabela com os limites de cada sensor habilitado. Caso o intervalo calculado pelo sistema seja menor que o necessário, o operador deve reajustar o valor do ganho (Silva, 2006).
Maiores informações sobre o funcionamento do sistema de aquisição AqDados podem ser obtidas no projeto de Roberson Silva (2006). Logo, o valor do limite do intervalo é fornecido pelo operador ao selecionar o valor do ganho do sistema, sendo que para um maior ganho, menor é o intervalo de deformação.
É importante destacar que, para quase todos os corpos de prova ensaiados, utilizou-se dois strain gages, os quais foram colados distantes, entre si, em 180º e localizados nas laterais do tubo engastado, como pode ser visto na Fig. (5.4). Nenhum tubo foi
143 posicionado de modo que os gages ficassem na parte superior e inferior de sua seção transversal, justamente para evitar que a pequena deflexão existente no centro do tubo (devido ao seu peso e à pressão interna hidrostática) influenciasse os resultados. Todos os tubos ensaiados, os quais são engastados em uma extremidade e possuem a outra extremidade apoiada em um mancal, se comportam como uma viga flexionada, a qual possui momentos fletores e tensões normais (devido a estes momentos fletores) máximas justamente em z = raio do tubo, nas posições inferior e superior do tubo. No centro axissimétrico do tubo (z = 0), como era de se esperar, o momento fletor pode ser considerado nulo.
É importante comentar que, embora a teoria de membrana não considere a influência destes momentos fletores, o programa Compshell os considera. Logo, estas duas posições são críticas e, para que suas medições não sejam prejudicadas, os gages não devem estar nestas posições.
Na Tabela (5.4), enumera-se todos os experimentos com tubos de aço realizados para este projeto, na Universidade de Brasília, e as condições ambientais respectivas de cada ensaio.
Tabela 5.4: Tabela dos experimentos realizados com tubos de aço para este projeto.
Experimento Tubo Temperatura Umidade
1 Íntegro 25ºC 50% 2 Íntegro 25ºC 50% 3 Íntegro 25ºC 50% 4 Desbastado 25ºC 50% 5 Desbastado 25ºC 46% 6 Desbastado 25ºC 50% 7 Reparado 25ºC 50% 8 Reparado 25ºC 48% 9 Reparado 25ºC 50% 10 Reparado 25ºC 50% 11 Reparado 25ºC 50% 12 Desbastado 25ºC 45% 13 Desbastado 25ºC 45%
A seguir, serão detalhados a preparação, execução e resultados experimentais realizados com tubos de aço, tanto no regime elástico (para os tubos íntegro, desbastado e
144 reparado), regime plástico (para os tubos desbastado e reparado) e regime de ruptura (para os tubos desbastado e reparado).