INSTITUTO FEDERAL DE SANTA CATARINA
KAUAN COMICHOLI OTAKI MATHEUS GOEDERT MAURÍCIO KINIZ JÚNIOR GABRIEL GEBERT SOUZA
SOLDAGEM NA EXTRAÇÃO DE PETRÓLEO
Lages – Santa Catarina 2018
KAUAN COMICHOLI OTAKI MATHEUS GOEDERT MAURÍCIO KINIZ JÚNIOR GABRIEL GEBERT SOUZA
SOLDAGEM NA EXTRAÇÃO DE PETRÓLEO
Pesquisa realizada para ser entregue ao professor Cláudio Marques Schaeffer, da disciplina de Estática e Dinâmica, da 3ª fase do curso de Engenharia Mecânica do Instituto Federal de Santa Catarina, câmpus Lages.
Orientador: Prof. Cláudio Marques Schaeffer.
Lages, 29 de Março de 2018.
Lages – Santa Catarina 2018
INTRODUÇÃO
O petróleo é um óleo formado pela deposição de matéria orgânica que, ao longo de vários anos, é decomposta e transformada em hidrocarbonetos.
O petróleo pode ser decomposto em frações menores, como, por exemplo: octano (líquido à temperatura ambiente e também conhecido como gasolina), butano, propano (gases usados como gás de cozinha), entre outros.
Sua extração ocorre por meio de perfuração de poços, de onde o petróleo sai pela diferença de pressão existente, ou, em certos casos, deve ser bombeado.
O transporte da substância até a superfície é feita com auxílio de tubos metálicos, os quais atingem comprimentos da ordem de quilômetros.
O objetivo desse trabalho é apresentar uma visão generalizada do método de prospecção desse combustível, com enfoque nos métodos de fabricação dos tubos utilizados para tais fins, e uma questão mais específica:
porque os tubos são soldados?
SOLDA NA EXTRAÇÃO DE PETRÓLEO
1 PETRÓLEO E OS MÉTODOS DE EXTRAÇÃO
1.1 ORIGEM DO PETRÓLEO
O petróleo é formado pelo depósito de matéria orgânica, a qual é decomposta sob condições anaeróbicas, de modo a gerar como produtos hidrocarbonetos, ou seja, cadeias carbônicas que possuem em sua formação apenas carbono e hidrogênio.
1.2 MÉTODOS DE EXTRAÇÃO
Devido à sua formação, o óleo petrolífero encontra-se à elevadas distâncias abaixo da terra, da ordem de quilômetros. No Brasil, o recorde de profundidade foi de 6060 metros abaixo da superfície, revelando o grande desafio que é a extração dessa matéria prima.
O Brasil, por ter como principal formação geológica as bacias sedimentares, possui petróleo em seu território. Contudo, a melhor qualidade do óleo é encontrada nas reservas do Pré-Sal, localizadas no mar ao longo da costa brasileira.
Deste modo, o método de extração utilizado requer o uso de tubos cilíndricos que são acoplados de modo à ligar a estação petrolífera, que fica flutuando sobre o oceano, e o ponto de extração, no solo marítimo.
1.3 DESAFIOS DA EXTRAÇÃO MARÍTIMA
Os principais problemas encontrados para exploração do Pré-Sal são as elevadas pressões, que podem ser melhor exemplificadas pela fórmula
seguinte:𝑃𝑝𝑜ç𝑜 = 𝑃𝑎𝑡𝑚 + 𝑃𝑎𝑔𝑢𝑎 × 𝑔 × (𝐻𝑎𝑔𝑢𝑎 + 𝐻𝑟𝑜𝑐ℎ𝑎); a própria água, a qual contém inúmeros sais e compostos, bem como a enorme distância que deve ser percorrida pelo petróleo.
Ainda, como o tubo principal é formado por tubos menores, existe a dificuldade relacionada à união desses elementos, que deve ser resistente para aguentar todas as problemáticas apresentadas anteriormente. Comumente, as tubulações são soldadas, mas por quê?
1.4 SOLDAGEM NA MINERAÇÃO DE PETRÓLEO
A Soldagem é o processo de união de materiais mais importante do ponto de vista industrial, sendo extensivamente utilizada na fabricação e recuperação de peças, equipamentos e estruturas. A sua aplicação atinge desde pequenos componentes eletrônicos até grandes estruturas e equipamentos. Sendo que existem diversos processos de soldagem diferentes, o que acarreta necessária na seleção adequada do processo (ou processos) para sua dada aplicação, sua grande concorrente em relação a união fixa de estruturas é a rebitagem.
Os rebites são peças fabricadas em aço, alumínio, cobre ou latão, podendo ser de diversos modelos e tamanhos. Unem rigidamente peças ou chapas, principalmente, em estruturas metálicas, de reservatórios, caldeiras, máquinas, navios, aviões, veículos de transporte e treliças, mas então quais motivos explicam a utilização da solda e não dos rebites?
1.5 COMPARAÇÃO ENTRE MÉTODOS
Na mecânica é muito comum a necessidade de unir peças como chapas, perfis e barras, entretanto, as peças a serem unidas, exigem elementos próprios de união que são denominados elementos de fixação, o qual pode variar dependendo das características necessárias para atender adequadamente os requisitos de determinado projeto, como no caso de tubulações para petrolíferas, que demandam de estudos próprios.
Sendo assim, são duas as principais formas de união, as moveis e as permanentes, a fixação móvel permite que os elementos de fixação sejam colocados ou retirados do conjunto sem causar nenhum dano às peças. Já a fixação permanente uma vez instalados, os elementos de fixação não podem ser reutilizados, pois ao serem retirados perdem a eficácia, este último método é o utilizado na mineração de petróleo.
Dentre as qualidades da técnica de soldagem destacam-se: Juntas de integridade e eficiência elevadas, o que se justifica pelo princípio de Pascal F1/A1=F2/A2 por não utilizar furações em sua instalação, grande variedade de processos, aplicável a diversos materiais, operação manual ou automática, pode ser altamente portátil, as juntas podem ser isentas de vazamentos, e não apresentam problemas de perda de aperto.
Em relação ao seu uso em plataformas petrolíferas destacam-se sua capacidade de evitar vazamentos, e resistência a pressão, uma vez que estarão submetidos constantemente a tais situações.
Outro fator relevante para o uso da solda e não de outro método é que a utilização dos parafusos está limitada às ligações de campo, devido ao custo elevado da furação das peças e do próprio parafuso, por sua vez o uso de rebites acarreta na redução de resistência do material na ordem de 13% a 42%
devido à redução de área pela furação, contra 10% a 40% nas uniões soldadas
2 SOLDA SUBAQUÁTICA
A solda é o processo de união de materiais mais importante do ponto de vista industrial, sendo extensivamente utilizada na fabricação e recuperação de peças, equipamentos e estruturas. Existem diversos processos de soldagem diferentes, o que acarreta necessária na seleção adequada do processo (ou processos) para sua dada aplicação.
Já os rebites (peças fabricadas em aço, alumínio, cobre ou latão, podendo ser de diversos modelos e tamanhos) unem rigidamente peças ou chapas, principalmente, em estruturas metálicas, de reservatórios, caldeiras, máquinas, navios, aviões, veículos de transporte e treliças.
2.1 FUNCIONAMENTO DA SOLDA SUBAQUÁTICA
A solda embaixo d`água consiste, basicamente, em unir dois materiais, como a solda comum, contudo, apresentando a condição especial de haver água como meio, e não o ar.
Deste modo, o processo sofre leves alterações, desde o equipamento até a preparação do material.
2.2 CLASSES DE SOLDAGEM SUBÁQUATICA
Com a descoberta de novas aplicações para soldagem subaquática, novos processos são desenvolvidos e os existentes são adaptados, a fim de atender as necessidades exigidas. Não é possível fornecer uma descrição completa de todos os processos já existentes, entretanto os processos de soldagem subaquática podem ser divididos nas seguintes classes principais:
Soldagem Úmida: Neste processo, tanto a peça de trabalho como o soldador estão localizados na água, não sendo realizada nenhuma preparação para separar os materiais a serem soldados da água. O soldador/mergulhador utiliza eletrodos com recobrimentos a prova d’água e porta eletrodos, pistolas e tochas especialmente projetadas ou modificadas para serem utilizados na soldagem subaquática. Para a obtenção de juntas soldadas de alta qualidade,
pode ser necessária a utilização de compartimentos cheios de gás para proteger os eletrodos ou fluxo quanto a absorção de água antes de sua utilização.
Soldagem Seca Localizada: O volume contendo o arco e a região a ser soldada, no todo ou em parte, é separado da água por meio de um pequeno envoltório cheio de gás, a pressão ambiente, com aberturas para permitir o acesso. Esta câmara proporciona uma região protegida entre a peça de trabalho e o ambiente úmido e possui espaço suficiente para o eletrodo ou a tocha de soldagem.
Soldagem em caixa seca: A soldagem é realizada em uma câmara preenchida com um gás, grande o bastante para acomodar a área de trabalho e a cabeça e aparte superior do corpo do soldador/mergulhador, vestido em um traje de mergulho completo. Esta montagem remove a água de uma região bem maior que no caso anterior.
Câmara de soldagem: A soldagem é realizada em uma câmara, a pressão de 1 atm., que é montada ao redor do local onde deve der realizados os trabalhos. Nestas condições a soldagem praticamente não é afetada pelas propriedades da água ou pelos efeitos da profundidade.
2.3 SEGURANÇA E PERIGOS DA SOLDAGEM SUBAQUÁTICA
A segurança do soldador é um dos principais focos na soldagem subaquática, que deve ser feita pensando sempre em garantir a integridade física do profissional durante a execução do trabalho. O monitoramento é constante durante a realização da soldagem, geralmente feita através de equipamentos de comunicação como, por exemplo, o rádio que fica acoplado no capacete (máscara de solda) do mergulhador. Todos os comandos e movimentações, tanto dentro como fora da água são rigorosamente monitorados e registrados a fim de evitar acidentes de trabalho.
Porém, a soldagem subaquática é uma profissão de alto risco. As bolhas geradas na solda subaquática têm aproximadamente 70% de hidrogênio, e devido a falta de oxigênio no ambiente aquático esse hidrogênio não é consumido fazendo com que o mesmo fique acumulado em superfícies próximas ao ambiente de soldagem, quando em contato com fagulhas ou chama o mesmo pode provocar explosões espontâneas.
Outro fator de risco é o excesso de pressão, que pode causar efeitos
nada agradáveis na vida do soldador.
A alta exposição pode causar surdez e lesões graves como os barotraumatismos, que são provocadas pelas variações dos volumes de gases, presentes nas cavidades respiratórias.
2.4 VANTAGENS
Apesar de perigosa, o processo de soldagem subaquática é um processo que vem se desenvolvendo muito, devido ao seu custo e rapidez, muitas vezes, esta técnica é utilizada para efetuar as manutenções pertinentes nos cascos de navios. A soldagem subaquática, em alguns casos, é o único meio prático de executar uniões ou reparos em equipamentos de perfuração de petróleo e gás, e também em casos de emergência para vasos navais.
Algumas empresas comerciais também chegam a utilizar a soldagem subaquática na manutenção de seus navios.
Além disso, diferença entre a ductilidade que a solda experimenta embaixo d’agua e no ar livre é surpreendente. A solda subaquática tem uma resistência de 80% enquanto que no ar livre é de 50%. Esta substancial diminuição na ductilidade é explicada pelo endurecimento resultante do drástico resfriamento causado pelo meio aquático e por isso o equipamento para solda subaquática deve ser projetado para estas condições ambientais.
CONCLUSÃO
A escolha da utilização da solda para a união de estruturas metálicas fixas, mais especificamente em tubulações petrolíferas não é ao acaso, a soldagem apresenta vantagens tanto econômicas quanto mecânicas sob outros métodos ,dentre essas vantagens destaca-se uma maior resistência a pressão por não exigir de furações, o que pode ser explicado pelo princípio de pascal F1/A1=F2/A2 uma vez que os furos reduzem a área aumentando assim a pressão exercida pelo petróleo no local de união, e a solda subaquática ter uma resistência de 80% se comparada a no ar livre que é de apenas 50%
Não somente isto, mas a soldagem também apresenta uma melhor possibilidade de vedação, fator de suma importância para se evitar desastres ambientais como o ocorrido no golfo do México, que despejou quase 5 milhões de barris, algo nem um pouco bem visto tanto pelo lado ambiental quanto econômico.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
http://www.scielo.br/pdf/si/v19n2/a06v19n2.pdf
´´Introdução a Indústria do Petróleo – Conteúdo Alinhado do Prominp´´
