Sistema de medição proposto

Para uma avaliação adequada do desempenho de determinado instrumento, é importante tentar reproduzir em laboratório características que esse instrumento encontrará em campo. Com isso, os valores dos parâmetros de avaliação utilizados se aproximam dos que seriam obtidos em situação real, evidenciando problemas que de outra forma não seriam conhecidos até que o produto estivesse comercialmente em operação. Pensando nisso, procurou-se projetar e construir inicialmente um dispositivo capaz de medir não apenas no caso específico do duto, mas um equipamento mais geral, que pudesse medir também chapas. A justificativa para essa opção é que as chapas são bastante comuns nas indústrias, são a matéria prima com a qual se constroem os dutos e principalmente, o projeto deste dispositivo permitiria atravessar as etapas e dificuldades iniciais da automação, sem incluir o fato de que a área de medição seria cilíndrica. O dispositivo para movimento no duto incluiria procedimentos adicionais, mas a maioria dos procedimentos necessários para a medição seriam desenvolvidos ainda na etapa inicial, em chapas.

Além de incorporar características encontradas em campo, o sistema apresenta outras vantagens em relação a outros dispositivos desenvolvidos para fins semelhantes. A principal delas é que a

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medição de tensão é realizada de maneira automatizada. É exigido apenas um operador conectado a um computador (notebook, netbook ou iPad) emitindo informações via Bluetooth para o movimento do robô de medição e obtenção dos valores de tensões. Esta característica permitiria ao projeto resultante um menor número de ligações físicas (fios), motivação de bastante interesse, pois os cabos trazem muitas desvantagens principalmente para a medição em campo.

De forma coerente com a ideia de desenvolver um sistema mais genérico, optou-se pelo desenvolvimento de dois protótipos automatizados: o primeiro protótipo teria como fim a medição em chapas e o segundo protótipo a medição de tensão em dutos, que é o objetivo final do trabalho.

Para desenvolver um sistema automatizado de medição de tensão, algumas etapas foram elaboradas. A primeira etapa tem como objetivo mostrar o funcionamento do ensaio ultrassônico e validar o mesmo com comparações entre métodos. A segunda etapa aborda os passos necessários para o desenvolvimento do sistema automatizado para a medição em chapas e a terceira etapa para a medição de tensão no duto.

4.1.1 Detalhamento das chapas

As chapas de aço já haviam sido usadas por vários trabalhos do grupo de pesquisa da Unicamp (Andrino, 2007; Fraga, 2007). Este material foi utilizado para a verificação da influência da temperatura sobre o tempo de percurso das ondas ultrassônicas. O fator é de extrema importância para medições de tensões mecânicas em dutos, principalmente quando se trata de medições em campo, pois a temperatura é um fator que não se pode controlar.

As chapas foram utilizadas no levantamento das constantes acustoelásticas e também na verificação da influência da temperatura (Santos, 2007). Os procedimentos e métodos para este levantamento são discutidos em trabalhos anteriores com detalhes (Andrino, 2003; Fraga, 2007). Como este teste é parte do estudo inicial das variáveis de influência para essa tese de doutorado, eles foram revistos. A Figura 4.1 mostra o desenho esquemático (corpo de prova) com seus detalhes.

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Figura 4.1 - Dimensões da chapa em mm (Fraga, 2007).

4.1.2 Detalhamento do duto

O duto estudado foi fornecido pelo CENPES, empresa subsidiária da Petrobrás, Petróleo Brasileiro S/A, para pesquisas em transporte de óleo e gás.

O duto apresenta em sua zona central uma camada mais clara, caracterizando a região sem revestimento, e em sua zona periférica uma região mais escura, onde o duto mantém o revestimento, conforme Figura 4.2. Esta camada protetora foi retirada para obter contato direto dos transdutores com o duto, exigência necessária para penetração das ondas no material.

Figura 4.2 - Duto utilizado para a medição de tensões.

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A Figura 4.3 apresenta os detalhes construtivos do duto. Este está apoiado e soldado a perfis I (Detalhe A). Uma das extremidades está fixada por dois grampos (Detalhe B) para que se comporte como um apoio fixo, enquanto na outra extremidade foi colocado graxa de lítio (Detalhe C), entre o perfil I e estrutura de suporte do duto, para que esse ponto possa ter liberdade de se movimentar na direção horizontal.

Figura 4.3 - Visão geral do duto posicionado e áreas de destaque.

A Figura 4.4 apresenta um desenho esquemático do duto com as suas dimensões.

Figura 4.4 - Dimensões do duto em milímetros (mm).

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Em essência, o elemento principal consiste em um tramo de duto preenchido com uma mistura de água e óleo solúvel, fechado com flanges soldados em suas extremidades (Detalhe D – Figura 4.5), no interior do qual, pressões serão aplicadas com valor máximo de 30 bar. O óleo escolhido é da LUBRAX UTILE PE – Petrobrás, por ser de natureza mineral e apresentar propriedades anticorrosivas. Além disso, este óleo produz emulsões com alto poder lubrificante e refrigerante, além de serem estáveis. A proporção utilizada segue o catálogo do fabricante, sendo 15 litros de água para cada litro de óleo. Para colocar a mistura dentro do duto, o mesmo foi posicionado na vertical, para evitar a permanência de ar em seu interior. Depois foi feito uma “sangria” (retirado o ar) com o auxílio da bomba manual Rothemberger RP50 usada para testes de até 60 bar, após estes procedimentos o duto foi recolocado na posição horizontal com o auxílio de uma ponte rolante.

Um dos flanges possui um bocal por onde a bomba injeta a mistura com pressão conhecida e controlada (Detalhe E – Figura 4.5) e um orifício onde foi acoplado um manômetro (Detalhe F – Figura 4.5) para a leitura da pressão interna do duto. Quando a bomba aplica pressão, esta age sobre as paredes do duto gerando um estado de tensões definido. Este valor foi medido por extensômetros colados à superfície e com o método das ondas Lcr, de modo a se obter uma análise comparativa entre os

métodos.

Figura 4.5 - Detalhes do duto e da bomba de pressão hidráulica acoplada.

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