MONITORAMENTO DE FALHA INTERNA EM PIPELINES DE COMBUSTIVEL POR MÉTODO DE ELEMENTOS FINITOS

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INTRODUÇÃO

Este presente artigo visa-se realizar um estudo de caso de uma passagem de PIG de limpeza ocorrido no terminal TRANSPETRO de Brasília, onde após a sua passagem apresentou avarias no instrumento de limpeza (figura 1), portando será apontado possíveis causas através de análise hipotética fundamentado em documentos teóricos e normativos, com intuito de replicar esforços mecânicos de um PIG de limpeza através de um modelo esbouçado no programa SOLIDWORKS 2014 a partir do original para análises comparativas de cada suposição tais como:

•Estudo de caso com pipeline ideal;

•Estudo de caso com pipeline com filete de solda;

•Estudo de caso com pipeline amassada.

E por meio de uma aplicação por MEF no software ANSYS Student 18.2 apresentar resultados que demostre dentre essas possíveis causas e que mais se aproxima da causa estudada.

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Figura 1: Elementos Finitos comuns.

Fonte: Norton, 2013.

REFERENCIAL TEÓRICO

Métodos de elementos finitos

O Método conhecido como Elementos Finitos (MEF) baseia-se em um método numérico voltado a análises em inúmeros fenômenos físicos e matemáticos que ocorrem em um campo continuo, e que são relatados por meio de equações diferenciais parciais, com determinadas condições de contorno. Este método é bastante comum e pode ser aplicado na solução de inúmeros problemas da engenharia. (MAGALHÃES S., 2003)

Na análise por MEF são utilizados nós na subdivisão do domínio do problema interligados entre si através de determinados pontos, logo o arranjo de elementos finitos e pontos são usualmente chamado de malha (figura 2).

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Figura 2: Elementos Finitos comuns.

Fonte: Norton, 2013.

Conceito malha

Malha é uma condição extremamente importante para uma análise computacional por MEF de tal forma aprofundada onde está sendo submetida, para isto a sua distribuição deve-se ao logo da geometria arranjada equivalente. (NORTON, 2013)

Quanto mais refinada for a malha de uma determinada entidade, maior será a sua quantidade nós e elementos (figura 3), de tal forma a serem computados e calculados, exigindo assim um processamento de dados maior na máquina utilizada. Quanto menor o número de elementos e nós em uma malha, mais grosseiro será computacionalmente, deixando a análise o resultado final de modo imprecisa em aplicabilidade funcional.

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Figura 3: Definição prática de malha.

Fonte: Própria, 2018.

METODOLOGIA

Desenho mecânico

Para desenvolvimento dos tópicos a seguir, realizaram-se visitas técnicas no terminal TRANSPETRO Brasília, logo foi possível aferir as dimensões do PIG de limpeza e a pipeline de operação cujo transporta Diesel. Os discos que realizam a limpeza na pipeline são de material Poliuretano que será um passo crucial na escolha do tipo de material na biblioteca do ANSYS Student.

Desenho mecânico do PIG de limpeza

Para um entendimento melhor sobre este dispositivo segue uma descrição da figura abaixo.

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Figura 4: PIG de limpeza.

Fonte: Própria, 2018.

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Figura 5: Disco de PU maior escala em milímetros.

Fonte: Própria, 2018.

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Figura 6:Disco de PU menor, escala em milímetros.

Fonte: Própria, 2018.

Para uma otimização de processamento de malha e carregamento dados em solução por MEF no software ANSYS Student devido seu limite de nós e elementos na malha de 32 mil, foi adotado PIG de limpeza fracionado com apenas um disco de PU maior e menor, obedecendo às medidas originais, considerando assim apenas os discos principais de entrada menor e maior, pois de modo justificativo os demais discos sofrerá a mesma ação mecânica.

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Figura 7: PIG de limpeza otimizado.

Fonte: Própria, 2018.

Desenho mecânico da pipeline

Diante as visitas técnicas foram aferidas todas as medidas da tubulação para um estudo de caso aproximado ao real, com isto a medida interna da tubulação obedece a 8 polegadas e a externa de 1,5 polegada, logo todos os esboços foram desenvolvidos no software SOLIDWORKS 2016 utilizando medidas em milímetros como padrão de escala.

Para condições de análise computacionais e devidas baixo desempenho de hardware do computador inicialmente utilizado para este artigo foi adotado através analises empíricas uma seção de 20 centímetros de comprimento da pipeline para todas as condições a seguir:

• Pipeline com amassamento;
• Pipeline com filete de solda;
• Pipeline ideal.

A pipeline ideal seguiu extrusão de dois círculos obedecendo as medidas de 8 polegadas e 1,5 polegadas de espessura em uma extensão de 20 centímetros.

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Figura 8: De ordem cima a baixo (Pipeline ideal; Pipeline com filete de solda; Pipeline ideal). (Escala em milímetros)

Fonte: Própria, 2018.

Definição de Malha

Para malhas nos estudos de caso foram atribuídos tamanhos de:

Atribuições de malha
Esboço	Tamanho (mm)
Discos de PU	4,1
Base do PIG	30
Pipeline ideal (face externa; face interna; face de entrada e saída)	30; 16; 22
Pipeline com filete de solda (face externa; solda)	29,3 e 3,5
Pipeline com amassamento (Face interna; face externa sem amassamento; face de entrada e saída; face do amassamento)	20; 25; 22 e 15

Tabela 1: Atribuição de malhas nos conjuntos estudos de caso.