Introdução 1 Preâmbulo

Nos processos industriais tem-se assistido a crescentes preocupações ambientais, o que tem implicado uma reformulação dos modos de pensar, produzir e consumir energia. Esta dificuldade tem sido mitigada com a adopção de combustíveis menos poluentes, cuja utilização tem conseguido reduzir significativamente a quantidade de gases poluentes emitidos para a atmosfera, o que vem ao encontro de recente legislação ambiental. Assim, o gás natural (GN), o mais limpo dos combustíveis fósseis, como fonte de energia ocupa um lugar importante na economia global.

O transporte de GN por gasoduto pipeline é hoje de importância estratégica para o desenvolvimento das sociedades industriais. Dando origem a uma ampla rede de energia primária, que garante às principais áreas populacionais a nível mundial o abastecimento de GN a uma diversidade de industrias, que vão desde a produção de electricidade até à engenharia de processo. Nos dias de hoje a larga maioria dos processos industriais é fortemente dependente da energia nos seus processos tecnológicos, como o são as industrias automóvel, transportes, cimenteira, metalúrgica, celulose, cerâmica, entre outras. É, também, de crescente importância o abastecimento doméstico e de serviços, que resultando numa opção económica mais favorável vem também ao encontro das actuais preocupações ambientais.

1.2 Enquadramento

Os pipelines, devem proporcionar um método seguro de transportar energia, e o Operador destas Redes de Transporte deve assegurar que as pessoas, o ambiente e os bens estão protegidos do Risco associado ao pipeline.

É neste contexto de segurança, económico e ambiental que a industria do Transporte de

GN (assim como do petróleo), por pipeline é actualmente um importante campo de

investigação e desenvolvimento no domínio da engenharia mecânica, através de processos tecnológicos, materiais, soldadura e controlo da condição estrutural, através da aplicação de: ensaios não destrutivos e destrutivos, análise experimental de tensões e simulação numérica.

Actualmente os Operadores de pipelines, gerem Redes de pipelines em constante expansão e por vezes até utilizando Redes de pipelines em extensão de Ciclo de Vida. Na sua generalidade os Operadores de pipelines controlam o Risco, cumprindo os

Internacionais aplicáveis. Porém, estes regimes regulamentados são geralmente prescritivos na sua interpretação e aplicação. As autoridades Reguladoras nos Estados Unidos, por exemplo, estão presentemente a afastar-se dessa abordagem conservadora em direcção á Gestão de Risco, como meio eficaz, seguro e económico de manter o nível de Segurança sob controlo nos pipelines.

A Gestão de Risco, é uma combinação da abordagem das situações que possam configurar o Risco e o controlo do Risco que essas situações poderão configurar.

Esta gestão de integridade estrutural do pipeline é esperada ser um requisito aplicável brevemente, em todos os países da Comunidade Europeia.

1.3 Objectivos

O trabalho apresentado enquadra-se e alicerça-se no desenvolvimento de um Modelo Mecânico de simulação e análise de avarias, que possam configurar potenciais situações de colapso de pipelines de GN e consequentemente afectar a segurança de pessoas e bens, pôr em risco o ambiente e alterar a confiança dos agentes económicos.

Procedendo á identificação e caracterização de defeitos na estrutura dos tubos, originados por carregamentos acidentais de superfície, aplicando meios experimentais e numéricos, é proposta a implementação de uma Metodologia de procedimentos de engenharia mecânica, que contextualizam a acção da Manutenção do pipeline, em conformidade com um programa de Inspecção baseado no conhecimento e controlo do Risco.

1.3.1 Ponto de partida

Á data de início deste trabalho, constatou-se através do estudo da base de dados de Manutenção de um pipeline e do acompanhamento no terreno de acções de Inspecção, que o evento indiciador de situações de maior potencial de avaria no pipeline em análise, está em concordância com o citado em literatura internacional da especialidade, onde são descritas experiências de abrangência global, que identificam como maior causa potenciadora de avarias em pipelines de GN, a acção de terceiros, concretamente através da invasão acidental da zona de servidão, que contém o pipeline enterrado. Este evento, que identifica a acção de carregamentos concentrados sobre o solo acima da tubagem soldada, pode em determinadas zonas do traçado do pipeline, potenciar condições que configurem eventuais avarias, resultantes de alterações da integridade estrutural do pipeline.

De modo a possibilitar uma melhor avaliação da base de dados analisada, durante dois anos procedeu-se a uma caracterização da condição do pipeline e monitorizou-se a sua evolução estrutural, com o objectivo de permitir a comparação destes resultados com os obtidos em posterior inspecção ao pipeline por meios não destrutivos.

Assim á data de início deste trabalho, definiu-se a simulação padrão no Modelo Experimental (tubagem soldada e enterrada nas condições reais de vala sob a acção do solo envolvente), e através de ensaios laboratoriais por extensómetria eléctrica, registaram-se os resultados da implementação de forças concentradas de carregamento (simulação de um rodado de um camião) sobre a tubagem (o solo que a contém), tendo sido monitorizado o comportamento estrutural, através de leituras de tensões e eventuais deformações dos tubos, que constituem o pipeline, em conformidade com a metodologia definida na norma de ensaio aplicável, BS 5500.

Como investigação complementar, desenvolveram-se simulações numéricas com base nas observações experimentais, através das aplicações informáticas ABAQUS e

NASTRAN na sua vertente de cálculo estrutural.

Compararam-se resultados, das metodologias de investigação desenvolvidas e observou-se no terreno, a evolução da condição estrutural do pipeline estudado.

1.3.2 Metas

Essencialmente, os objectivos fixados no início deste trabalho foram os seguintes: - Contribuir através de investigação aplicada, para o aumento da segurança e disponibilidade dos pipelines como Sistema de Transporte de GN,

- Identificar e caracterizar o evento de maior evidência, susceptível de configurar potenciais situações de falha, conducentes a eventuais avarias nos pipelines, desenvolvendo-se para tal um Modelo Mecânico, onde experimentalmente se simulam acções de carregamento sobre pipelines, constatando os resultados com origem nesse evento,

- Desenvolver simulações numéricas no contexto da investigação experimental e compararem-se resultados obtidos,

- Desenvolver um Modelo de análise de falhas, que potenciam avarias em pipelines, baseado na Gestão controlada do Risco, traduzido através de Metodologias de inspecção, que aumentem a fiabilidade das acções de Manutenção, nos pipelines durante o Ciclo de Vida.

O autor entende, dever ser importante referir que este trabalho se alicerça, ao mesmo tempo que procura dar continuidade, às valiosas contribuições científicas de muitos outros que antes dele se destacaram (e o inspiraram), na aplicação de ferramentas da Engenharia Mecânica, na resolução de inúmeros e complexos problemas da exigente indústria do Transporte de gás natural (e do petróleo).

Em síntese, o autor desenvolveu este trabalho segundo duas linhas orientadoras principais:

- Motivado pela experiência profissional, na construção de pipelines e a observação de eventos potenciadores de eventuais avarias,

- E o desejo de contribuir na procura de soluções, que possam influenciar os Operadores de pipelines, na resolução dos problemas aqui apresentados, através de investigação aplicada por métodos experimentais e numéricos, que a Engenharia Mecânica disponibiliza.

Capítulo I