Dificuldades encontradas na modelagem tridimensional da linha

A princípio, o programa a ser utilizado para a modelagem e posterior análise térmica pelo MEF seria o sistema ANSYS®. Logo nesta etapa, surgiu a primeira dificuldade de modelagem, pois não foi possível construir um sólido helicoidal no programa ANSYS® para representar as armaduras de tração.

Optou-se, então, por utilizar o sistema ANSYS WORKBENCH®, que é um programa de análise pelo método dos elementos finitos que possui mais facilidades para a construção gráfica. Surgiu então a segunda dificuldade, pois apesar de ser relativamente fácil a construção dos volumes no ANSYS WORKBENCH®, o processamento gráfico foi se tornando excessivamente lento à medida que o modelo era construído, principalmente durante a modelagem das armaduras, devido ao grande número de arames (82 no total). Cabe ressaltar que nesta dissertação foram utilizados os sistemas ANSYS®, versão 10.0, e ANSYS WORKBENCH®, versão 10.0, instalados na PETROBRAS.

Apesar disto, foi concluída a construção do modelo, o qual possuía comprimento equivalente a um passo da hélice descrita pelos arames da armadura externa de tração. O modelo obtido pode ser visto na Figura IV.17. Apenas a título de visualização de todas as camadas, o modelo foi dividido longitudinalmente em partes iguais e as partes das camadas que cobriam as camadas internas subseqüentes foram removidas.

Figura IV.17 – Modelo completo da linha flexível de 2,5” construído com o programa ANSYS WORKBENCH®.

Como o objetivo da modelagem era realizar uma análise térmica, optou-se por retirar a carcaça intertravada do modelo, pois, devido aos seus interstícios, esta ficaria totalmente submersa no óleo e não participaria do processo de transferência de calor, já que o óleo estaria em contato com o plástico interno e a convecção interna, mesmo com a presença da carcaça intertravada, ocorreria entre o óleo e o plástico interno. O modelo da linha flexível sem a carcaça intertravada é apresentado na Figura IV.18.

Figura IV.18 – Modelo da linha flexível de 2,5” sem a carcaça intertravada construído com o programa ANSYS WORKBENCH®

Com os volumes prontos, partiu-se, então, para a construção da malha de elementos finitos. Nesta etapa, mais uma dificuldade foi encontrada: devido aos arames da armadura de pressão terem sido assentados com ângulo de 87,7º, o programa ANSYS WORKBENCH® não conseguiu construir uma malha de elementos finitos para essa camada.

Optou-se, então, por modelar a armadura de pressão com ângulo de assentamento de 90º, o que resultou na construção de vários anéis separados. Mais uma dificuldade relacionada ao tempo de processamento gráfico surgiu nesta etapa. Devido às demais camadas já estarem construídas, a construção de trinta e cinco anéis da armadura de pressão, que seria a quantidade de anéis contida em um passo da hélice descrita pelos arames da armadura externa de tração, tornou-se demasiadamente lenta, o que levou à desistência da modelagem por meio do ANSYS WORKBENCH® e à busca por uma nova alternativa para a construção do modelo.

Sabendo que é possível exportar arquivos feitos em sistemas CAD para o sistema ANSYS®, optou-se por utilizar o programa SOLIDWORKS®, versão 2006, para a construção dos volumes, já que este possui muitas facilidades para desenhos mecânicos, além de possibilitar salvar arquivos em extensões lidas pelo sistema ANSYS®. O objetivo, então, era construir os volumes no programa SOLIDWORKS® , exportar para o sistema ANSYS® e, neste ambiente, construir a malha e realizar a análise térmica por elementos finitos.

O modelo tridimensional da linha flexível construído com o programa SOLIDWORKS® pode ser visualizado na Figura IV.19.

Figura IV.19 - Modelo da linha flexível de 2,5” construído com o programa SOLIDWORKS®.

Concluído o desenho dos volumes, partiu-se para a exportação do arquivo para o sistema ANSYS®. Duas extensões foram testadas: IGES (*.igs) e Parasolid (*.x_t).

Contudo, ao importar os arquivos salvos nas extensões mencionadas para o sistema ANSYS®, foram verificados problemas nos contatos entre as camadas. Um dos

problemas pode ser visualizado na Figura IV.20, que mostra os arames da armadura externa de tração atravessando o plástico externo.

Figura IV.20 - Modelo construído com o programa SOLIDWORKS® e exportado para o sistema ANSYS® - Arames da armadura externa de tração atravessando o plástico

externo.

Outros problemas, como, por exemplo, falta de contato entre partes das camadas e os arames da armadura interna de tração atravessando o plástico antidesgaste sobre ela, podem ser observados na Figura IV.21.

Figura IV.21 - Modelo construído com o programa SOLIDWORKS® e exportado para o sistema ANSYS® - Falta de contato entre as camadas e arames da armadura interna

de tração atravessando o plástico antidesgaste.

Partiu-se então para uma nova tentativa. Como o objetivo da modelagem tridimensional era realizar apenas a análise térmica, optou-se por desenhar um trecho pequeno da linha flexível em vez de um modelo com comprimento equivalente a um passo da hélice descrita pelos arames da armadura externa de tração. Deste modo, poderia ser utilizado o programa ANSYS WORKBENCH®, pois com um modelo de menor comprimento, o processamento gráfico provavelmente não seria tão lento.

Decidiu-se também aumentar a espessura do plástico externo de 0,5mm para 5,0mm, em uma tentativa de evitar que novos problemas como o ocorrido entre a armadura externa de tração e o plástico externo ocorressem.

O modelo construído no sistema ANSYS WORKBENCH® pode ser visto na Figura IV.22. Este modelo tem o comprimento equivalente a apenas quatro anéis da armadura de pressão.

Figura IV.22 – Modelo completo da linha flexível de 2,5” (comprimento equivalente a quatro anéis da armadura de pressão).

Nas Figuras IV.23 a IV.29 cada camada do modelo construído no sistema ANSYS WORKBENCH® pode ser visualizada.

Figura IV.24– Plástico antidesgaste sobre a armadura interna de tração.

Figura IV.26 - Plástico antidesgaste sobre a armadura interna de pressão.

Figura IV.28 - Anel da armadura de pressão.