12ª Conferência sobre Tecnologia de Equipamentos

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1 12ª Conferência sobre Tecnologia de Equipamentos COTEQ FERRAMENTA BASEADA EM LÓGICA DIFUSA PARA AUXÍLIO À TOMADA DE DECISÃO EM INSPEÇÕES DE INTEGRIDADE DE DUTOS Amauri Gutierrez Martins Júnior a, Antônio Carlos Rodrigues Valente b Copyright 2013, ABENDI, ABRACO e IBP. Trabalho apresentado durante a 12ª Conferência sobre Tecnologia de Equipamentos. As informações e opiniões contidas neste trabalho são de exclusiva responsabilidade do(s) autor(es). SINOPSE Desenvolve uma metodologia quantitativa, baseada em lógica difusa, para interpretação de dados de integridade de tubulações enterradas. A abordagem proposta associa informações provenientes de inspeções indiretas do revestimento (ECDA) com os fatores determinantes da corrosividade do solo local e respectivos níveis de proteção catódica, em função dos quais se define um indicador que expressa a susceptibilidade à corrosão de um dado ponto de defeito no revestimento. O modelo matemático utiliza os seguintes parâmetros de entrada: 1) graduação de falha segundo o método DCVG; 2) nível de atenuação de corrente segundo o método PCM; 3) potencial tubo-solo polarizado OFF no ponto de falha, obtido pela inspeção CIPS; 4) resistividade elétrica do solo local; 5) ph do solo local; 6) umidade do solo local, 7) presença de BRS no solo local; e 8) tipo do solo local. A saída é um valor que foi denominado Índice de Prioridade, delimitado pelo intervalo [0, 3] e que dimensiona, qualitativa e quantitativamente, o grau de exposição do aço à corrosão. De implementação simples, a abordagem apresentada constitui mais uma ferramenta destinada a auxiliar os operadores de tubulações na tomada de decisão quanto à necessidade e priorização de ações corretivas. Palavras-chave: Lógica difusa, integridade de dutos, corrosividade do solo, proteção catódica, ECDA. a Engenheiro Eletricista ENGECORR ENGENHARIA b Engenheiro Eletricista CIA. DE GÁS DE SÃO PAULO / COMGÁS

2 ÍNDICE DE TABELAS Tabela 1 - Classificação de falhas no revestimento segundo o %IR... 9 Tabela 2 - Classificação dos níveis de atenuação de corrente Tabela 3 - Classificação dos solos em função da resistividade elétrica Tabela 4 - Classificação dos solos em função do ph Tabela 5 - Classificação dos solos em função do percentual de material fino Tabela 6 - Intensidades de importância do AHP, conforme Saaty et al [18] Tabela 7 - Dados coletados em campo e cálculo do Índice de Prioridade Tabela 8 - Coeficientes de correlação entre I P e os demais parâmetros dos defeitos

3 ÍNDICE DE FIGURAS Figura 1 - Função de pertinência para o %IR Figura 2 - Função de pertinência para a atenuação de corrente db Figura 3 - Função de pertinência para o potencial tubo-solo polarizado OFF Figura 4 - Função de pertinência para a resistividade elétrica do solo Figura 5 - Função de pertinência para o ph do solo Figura 6 - Função de pertinência para a umidade do solo Figura 7 - Função de pertinência para o teor de sulfetos no solo S Figura 8 - Função de pertinência para o percentual de material fino no solo Figura 9 - Gráfico de dispersão I P versus Grau de severidade DCVG (%IR) Figura 10 - Gráfico de dispersão I P versus Atenuação de corrente PCM (db) Figura 11 - Gráfico de dispersão I P versus Potencial tubo-solo (OFF) Figura 12 - Gráfico de dispersão I P versus Resistividade elétrica do solo (ρ) Figura 13 - Gráfico de dispersão I P versus ph do solo Figura 14 - Gráfico de dispersão I P versus Umidade do solo (H) Figura 15 - Gráfico de dispersão I P versus Presença de BRS (S) Figura 16 - Gráfico de dispersão I P versus Tipo de solo (%MF) Figura 17 - Gráfico de dispersão I P versus Tamanho físico do defeito (Área)

4 GLOSSÁRIO DE ABREVIAÇÕES E SÍMBOLOS NACE ECDA BRS DCVG PCM CIPS AHP %IR μ %IR S (x) μ %IR M (x) μ %IR P (x) db μ db S (x) μ db M (x) μ db P (x) OFF μ OFF S (x) μ OFF M (x) μ OFF P (x) ρ μ ρ S (x) μ ρ M (x) μ ρ P (x) National Association of Corrosion Engineers External Corrosion Direct Assessment (avaliação direta de corrosão externa) Bactérias redutoras de sulfato Direct Current Voltage Gradient (método do gradiente de potencial em corrente contínua) Pipeline Current Mapper (método de atenuação de corrente) Close Interval Potential Survey (levantamento de potenciais passo-a-passo) Analytic Hierarchy Process Medida de severidade de uma falha no revestimento, segundo o método DCVG Função de pertinência do %IR à classe de susceptibilidade de corrosão severa Função de pertinência do %IR à classe de susceptibilidade de corrosão moderada Função de pertinência do %IR à classe de susceptibilidade de corrosão pequena Medida do nível de atenuação de corrente, segundo o método PCM Função de pertinência da atenuação de corrente db à classe de susceptibilidade de corrosão severa Função de pertinência da atenuação de corrente db à classe de susceptibilidade de corrosão moderada Função de pertinência da atenuação de corrente db à classe de susceptibilidade de corrosão pequena Potencial tubo-solo polarizado OFF, obtido por meio de levantamentos CIPS Função de pertinência do potencial polarizado tubo-solo OFF à classe de susceptibilidade de corrosão severa Função de pertinência do potencial polarizado tubo-solo OFF à classe de susceptibilidade de corrosão moderada Função de pertinência do potencial polarizado tubo-solo OFF à classe de susceptibilidade de corrosão pequena Resistividade elétrica do solo Função de pertinência da resistividade elétrica do solo à classe de susceptibilidade de corrosão severa Função de pertinência da resistividade elétrica do solo à classe de susceptibilidade de corrosão moderada Função de pertinência da resistividade elétrica do solo à classe de susceptibilidade de corrosão pequena - 4 -

5 ph μ ph S (x) μ ph M (x) μ ph P (x) H μ H S (x) μ H M (x) μ H P (x) S μ S S (x) μ S M (x) μ S P (x) %MF μ %MF S (x) μ %MF M (x) μ %MF P (x) I P M AD C P I P S/C M/C P/C ph do solo Função de pertinência do ph do solo à classe de susceptibilidade de corrosão severa Função de pertinência do ph do solo à classe de susceptibilidade de corrosão moderada Função de pertinência do ph do solo à classe de susceptibilidade de corrosão pequena Umidade do solo Função de pertinência da umidade do solo H à classe de susceptibilidade de corrosão severa Função de pertinência da umidade do solo H à classe de susceptibilidade de corrosão moderada Função de pertinência da umidade do solo H à classe de susceptibilidade de corrosão pequena Teor de sulfetos no solo, indicativo da presença de BRS Função de pertinência do teor de sulfetos no solo S à classe de susceptibilidade de corrosão severa Função de pertinência do teor de sulfetos no solo S à classe de susceptibilidade de corrosão moderada Função de pertinência do teor de sulfetos no solo S à classe de susceptibilidade de corrosão pequena Percentual de material fino, indicativo da composição do solo Função de pertinência do percentual de material fino no solo %MF à classe de susceptibilidade de corrosão severa Função de pertinência do percentual de material fino no solo %MF à classe de susceptibilidade de corrosão moderada Função de pertinência do percentual de material fino no solo %MF à classe de susceptibilidade de corrosão pequena Matriz de importância do modelo difuso Vetor de ponderação do modelo difuso Matriz de análise difusa Característica preponderante de corrosividade Índice de Prioridade resultado do modelo difuso que expressa a susceptibilidade à corrosão de uma dada anomalia analisada Indicação com resultado severamente corrosivo Indicação com resultado moderadamente corrosivo Indicação com resultado pouco corrosivo - 5 -

6 1. INTRODUÇÃO A corrosão é, reconhecidamente, o mais importante fator de contribuição, direta ou indireta, para a falha estrutural em tubulações metálicas enterradas. Os pontos com maior probabilidade de ocorrência de corrosão são aqueles onde estão presentes defeitos no revestimento isolante do duto, associado à ausência de proteção catódica adequada, devido à exposição do metal não-suficientemente protegido ao solo circunvizinho (eletrólito), o qual, por sua vez é caracterizado, do ponto de vista da agressividade/corrosividade, por uma série de parâmetros intrínsecos, relacionados à sua constituição. A National Association of Corrosion Engineers NACE estabelece uma metodologia para avaliação direta de corrosão externa (tradução livre de External Corrosion Direct Assessment) denominada ECDA [1], a qual constitui um processo estruturado e pró-ativo que visa à melhoria da segurança das instalações, por meio da identificação de dados da tubulação, inspeção de anomalias, análise da atividade corrosiva, reparo de defeitos e atuação sobre as causas que os originaram. A metodologia ECDA determina a adoção de, pelo menos, duas técnicas diferentes de inspeção indireta, para identificação de defeitos no revestimento da tubulação, bem como a coleta de dados associados ao ambiente/solo local, a saber: potenciais tubo-solo, resistividade elétrica, composição, umidade, ph e presença de bactérias redutoras de sulfato (BRS). Em função desses dados, associados ao histórico do duto e/ou critérios específicos do operador, são definidas prioridades para inspeção direta (escavação) e reparo. As ferramentas de inspeção indireta mais difundidas são: o método do gradiente de potencial em corrente contínua ( Direct Current Voltage Gradient DCVG), método de atenuação de corrente (conhecido pelo nome comercial Pipeline Current Mapper PCM) e método do levantamento de potenciais passo-a-passo ( Close Interval Potential Survey CIPS). Cada uma dessas técnicas é dotada de critérios específicos para caracterização de anomalias, em função dos quais se definem seus respectivos graus de severidade [2] e quais as medidas corretivas pertinentes. Atualmente, estão disponíveis no mercado equipamentos que possibilitam a aplicação simultânea de técnicas distintas de inspeção de integridade de dutos (por exemplo, inspeções combinadas DCVG+CIPS [3], fornecendo dados mais completos de integridade e viabilizando a metodologia ECDA da NACE com elevado grau de precisão (pois as duas inspeções são executadas no mesmo instante e no mesmo ponto geográfico), e sem custo adicional ao operador do duto, uma vez que duas inspeções são realizadas com um único instrumento, uma única equipe, uma única mobilização e um único esforço laboral. A tomada de decisão eficaz quanto à necessidade e priorização de ações corretivas é, contudo, tarefa complexa e de grande responsabilidade, requer experiência do operador da tubulação e a análise simultânea de múltiplas informações e com critérios diversos de classificação. Quando realizada sem uma sistemática consistente, incorre-se no risco de 1) desperdício de tempo e recursos com intervenções não prioritárias (ou mesmo desnecessárias); e 2) incerteza de que foram tomadas todas medidas corretivas efetivas no sentido de assegurar a integridade da tubulação. No presente trabalho é apresentada uma metodologia, baseada em lógica difusa, para análise dos dados de inspeção de integridade do revestimento de tubulações, correlacionados aos parâmetros determinantes da corrosividade do solo local e eficiência do sistema de proteção - 6 -

7 catódica atuante. É definido um indicador que quantifica, analiticamente, a susceptibilidade ao processo corrosivo de um dado ponto de defeito no revestimento. O modelo matemático proposto utiliza os seguintes parâmetros de entrada: 1) graduação de falha segundo o método DCVG; 2) nível de atenuação de corrente segundo o método PCM; 3) potencial tubo-solo polarizado OFF no ponto de indicação de falha, obtido pela inspeção CIPS; 4) resistividade elétrica do solo local; 5) ph do solo local; 6) umidade do solo local; 7) presença de BRS no solo local; e 8) tipo do solo local. A saída é um valor que foi denominado Índice de Prioridade, delimitado pelo intervalo [0, 3] e que dimensiona, qualitativa e quantitativamente, o grau de exposição do aço à corrosão. É importante frisar que o processo ECDA é um conjunto mais rico que ações isoladas de manutenção preventiva e corretiva de uma tubulação. É, em verdade, uma ferramenta de elevada complexidade que se configura em uma análise de riscos completa, levando em consideração uma série de outras variáveis, não necessariamente ligadas à corrosão, tais como: classe de locação, riscos à vida humana, histórico de ocorrências, densidade de anomalias, dentre outros. Portanto, o método apresentado é nada mais que uma ferramenta auxiliar, que encontra espaço para aplicabilidade em apenas uma das quatro etapas que integram o ECDA a que lida com inspeções indiretas. É um modelo matemático de tomada de decisão, com o qual se espera ser capaz de nortear os operadores de dutos e responsáveis por sua manutenção em questões como: Quais defeitos necessitam intervenção imediata? Se disponho de verba para o reparo de X defeitos, quais devo priorizar? Tenho uma falha grande, porém protegida catodicamente, e outra pequena, com proteção catódica insuficiente; qual intervenção devo realizar primeiro? Mais ainda, pretende-se uma implementação simples e de baixo custo, independente de pacotes computacionais complexos para análise de riscos, totalmente adaptável a quaisquer planos de inspeção e manutenção, e que requer entrada de informações que, atualmente, já estão facilmente disponíveis para a maioria dos operadores de tubulações. 2. CONSIDERAÇÕES GERAIS SOBRE LÓGICA DIFUSA O conceito de lógica difusa, também conhecido como lógica fuzzy, foi introduzido por L. A. Zadeh [4], para lidar com o aspecto vago da informação, consistindo em uma das abordagens mais bem sucedidas [5] no tratamento de problemas complexos de engenharia, quando o modelo matemático está sujeito a incertezas. A lógica difusa fornece um conjunto de ferramentas que possibilitam traduzir e operar com um entendimento qualitativo em termos de raciocínio numérico, o que se torna especialmente interessante no processamento de dados cuja informação relevante é expressa em termos de variáveis linguísticas (e, de certa maneira, vagas), tais como: muito grande, grande, médio, muito pequeno, pequeno etc. Um modelo simples em lógica difusa atribui um valor difuso µ(p) a uma proposição p, expressando o grau de veracidade dessa proposição, sendo µ(x) uma função arbitrária, denominada função de pertinência, com conjunto imagem definido entre [0, 1]. Um conjunto difuso é uma extensão da teoria de conjuntos clássica (em que um valor x pertence a um conjunto A ou não), na qual: x pertencer ao conjunto A é a proposição p, µ(p)=1 se x pertence conjunto A e µ(p)=0 se x não pertence ao conjunto A, sendo admitida uma gama infinita de valores intermediários. Seguindo esse raciocínio, pode-se, por exemplo, afirmar que uma anomalia é 0,9 severa e 0,1 irrelevante (a depender de como se define - 7 -

8 qualitativamente a escala de gravidade). Dessa forma, a dita anomalia é severa e irrelevante ao mesmo tempo, sem que se incorra em erro, uma vez que possuem valores distintos de pertinência. Um modelo baseado em lógica difusa é obtido a partir das seguintes etapas: 1. Conversão das variáveis do problema em números difusos, processo conhecido, também, por fuzzificação ; 2. Aplicação dos operadores aritméticos difusos; 3. Aplicação das regras de inferência difusa, ou regras de implicação; 4. Combinação das saídas difusas possíveis; 5. Conversão do resultado difuso em um resultado nítido, processo denominado, também, defuzzificação. Recentemente, a lógica difusa vem sendo aplicada com sucesso em diversos problemas de engenharia ambiental e civil, inclusive modelagem matemática da deterioração de tubulações [6] e avaliação da corrosividade de solos [7]. 3. MODELAGEM MATEMÁTICA Na metodologia proposta, são adotados um total de 8 parâmetros de entrada, sendo os três primeiros provenientes de inspeções indiretas, e escolhidos em função das ferramentas mais utilizadas no mercado brasileiro: 1) severidade da falha segundo o método DCVG %IR; 2) nível de atenuação de corrente segundo o método PCM; e 3) potencial tubo-solo polarizado OFF no ponto de falha, obtido pela inspeção CIPS. Os outros cinco, classicamente reconhecidos como determinantes da agressividade do solo, foram considerados seguindo os trabalhos de Sadiq et al [7], o qual, por sua vez, é baseado no método dos dez pontos [8]: 4) resistividade elétrica do solo local; 5) ph do solo local; 6) umidade do solo local; 7) presença de BRS no solo local; e 8) tipo do solo local. Para cada parâmetro foram definidas funções de pertinência, que associam seus respectivos critérios de classificação a três números difusos os quais, por sua vez, expressam o grau de exposição do ponto à corrosão em condições típicas, nomeados, neste trabalho, como: SEVERA, MODERADA e PEQUENA. A escolha da terminologia foi no sentido de manter a compatibilidade com a nomenclatura proposta na norma NACE RP [1], que trata do processo ECDA. As funções de pertinência e respectivos intervalos de domínio foram definidos heuristicamente, com base na experiência e avaliação dos autores. Da mesma forma, os expoentes k i utilizados em cada função, introduzidos no intuito de permitir um melhor ajuste das curvas nas regiões de transição entre as categorias, devem ter seus valores escolhidos segundo a opinião de especialistas (operadores de dutos) Definição das funções de pertinência Grau de severidade da falha pelo método DCVG O método de inspeção DCVG permite a localização e avaliação quantitativa de defeitos no revestimento de uma tubulação enterrada, por meio da identificação de variações no gradiente - 8 -

9 de potencial em regime de corrente contínua, no solo circunvizinho ao duto. Em inspeções DCVG, as falhas encontradas são classificadas por meio do cálculo de um índice relativo conhecido por %IR, definido como a razão percentual entre o gradiente de potencial medido do epicentro da falha para a terra remota (conhecido por over the line to remote earth OL/RE) e a diferença entre os potenciais tubo-solo ON e OFF, medidos em relação à terra remota nos pontos de teste à montante e à jusante do trecho inspecionado, e estimados para o ponto de defeito por meio de interpolação aritmética (conhecido por pipe to remote earth P/RE). O valor %IR indica o grau de atividade elétrica de um defeito, e é classificado em quatro categorias, indicadas na tabela seguinte em ordem decrescente de gravidade [2]: Tabela 1 - Classificação de falhas no revestimento segundo o %IR Categoria %IR (%) A 71 a 100 B 36 a 70 C 16 a 35 D 1 a 15 Os números difusos que representam as classes de susceptibilidade de corrosão severa, moderada e pequena são definidos nas equações 1 a 3, em termos do %IR de um defeito, expresso pelo argumento x: x μ %IR S (x) k ; 45,00 < x < 51,00 = 0; x 45,00 1; x 51,00 (1) μ %IR M (x) = 1 μ %IR S (x) μ %IR P (x) (2) 35 x 1 11,67 k ; 23,33 < x < 35,00 μ %IR P (x) = 1; x 23,33 0; x 35,00 (3) em que μ %IR S (x) é o valor de pertinência do %IR à classe de susceptibilidade de corrosão severa, μ %IR M (x) é o valor de pertinência do %IR à classe de susceptibilidade de corrosão moderada, μ %IR P (x) é o valor de pertinência do %IR à classe de susceptibilidade de corrosão pequena e x é o %IR do defeito, expresso em termos percentuais. Os valores das funções de pertinência variam entre 0 e 1. O fator k 1 foi determinado empiricamente igual a 1,0. As funções de pertinência do %IR foram definidas de forma mais conservadora que os critérios recomendados na Tabela 1, por maior coerência com a situação verificada no cenário nacional, sobretudo em regiões urbanas e condições de elevados níveis de interferências, segundo o julgamento dos autores. A figura seguinte ilustra as funções de pertinência para o grau de severidade %IR, considerando k 1 = 1,0: - 9 -

10 Figura 1 - Função de pertinência para o %IR Função de pertinência µ%ir(x) 1,2 1 0,8 0,6 0,4 0, SEVERA MODERADA PEQUENA Nível de atenuação de corrente pelo método PCM O método da atenuação de corrente combina técnicas de localização de tubulações metálicas enterradas e de avaliação do revestimento anticorrosivo de dutos por meio de uso de campos eletromagnéticos. Utiliza uma corrente (denominada corrente PCM) cujo comportamento é similar à corrente de proteção catódica, mas passível de ser detectada a partir da superfície. Baseia-se em realizar o mapeamento desta corrente PCM, por meio de leituras em intervalos regulares, o que permite obter a distribuição da corrente ao longo da tubulação e identificar os pontos de consumo desta corrente, que podem ser ocasionados por defeitos no revestimento. Os níveis de atenuação de corrente, expressos em db/m, são classificados de acordo com a tabela seguinte [2]: Tabela 2 - Classificação dos níveis de atenuação de corrente Categoria db/m Severa > 0,030 Média 0,021 a 0,030 Suave 0,000 a 0,020 Os números difusos que representam as classes de susceptibilidade de corrosão severa, moderada e pequena são definidos nas equações 4 a 6, em termos do nível de atenuação de corrente db no trecho de duto, expresso pelo argumento x: x 25,5 2 4,5 k ; 25,50 < x < 30,00 μ db S (x) = 0; x 25,50 1; x 30,00 (4) μ db M (x) = 1 μ db S (x) μ db P (x) (5) 20 x 2 20 μ db P (x) k ; 0,00 < x < 20,00 = 1; x 0,00 0; x 20,00 (6)

11 em que μ db S (x) é o valor de pertinência da atenuação de corrente db à classe de susceptibilidade de corrosão severa, μ db M (x) é o valor de pertinência da atenuação de corrente db à classe de susceptibilidade de corrosão moderada, μ db P (x) é o valor de pertinência da atenuação de corrente db à classe de susceptibilidade de corrosão pequena e x é o nível de atenuação de corrente no trecho, expresso em decibéis por quilômetro. Os valores das funções de pertinência variam entre 0 e 1. O fator k 2 foi determinado empiricamente igual a 1,0. A figura seguinte ilustra as funções de pertinência para a atenuação de corrente db, considerando k 2 = 1,0: Figura 2 - Função de pertinência para a atenuação de corrente db Potencial tubo-solo polarizado OFF O potencial polarizado tubo-solo OFF é o parâmetro que define o nível de proteção catódica atuante sobre a tubulação objeto de estudo, sendo tipicamente obtido por meio de inspeções CIPS com interrupção das fontes de energia ON/OFF. Em um levantamento de potenciais CIPS são coletadas medições regularmente espaçadas a intervalos curtos, ao longo de todo o traçado do duto, do potencial tubo-solo sob influência do sistema de proteção catódica (potencial ON), bem como do potencial polarizado da estrutura, imediatamente após uma breve interrupção da corrente de proteção catódica aplicada (potencial OFF). As leituras são comumente realizadas em relação ao eletrodo de cobre / sulfato de cobre (Cu/CuSO 4 ), para o qual é admitido como critério de proteção catódica o valor preceituado pela NACE [9] igual ou mais eletronegativo que -850 mv e mais eletropositivo que -1200,00 mv, em solos isentos de bactérias redutoras de sulfato. Em regiões de interferências elétricas provenientes de fontes DC externas, notadamente os casos de correntes dinâmicas, torna-se inviável a aquisição de leituras precisas do potencial OFF. Nestas condições, a prática usual é a coleta de registros contínuos, com períodos entre 1 a 24 horas, a critério do operador, do potencial tubo-solo e interpretação dos resultados em termos do perfil predominante. Os números difusos que representam as classes de susceptibilidade de corrosão severa, moderada e pequena são definidos nas equações 7 a 9, em termos do potencial polarizado tubo-solo OFF, expresso pelo argumento x:

12 k 3 ; 650,00 < x < 600,00 50 μ OFF S (x) = 0; x 650,00 1; x 600,00 x ( 650) (7) μ OFF M (x) = 1 μ OFF S (x) μ OFF P (x) (8) k 3 ; 850,00 < x < 800,00 50 μ OFF P (x) = 1; 1200,00 x 850,00 0; x 800, x (9) em que μ OFF S (x) é o valor de pertinência do potencial polarizado tubo-solo OFF à classe de susceptibilidade de corrosão severa, μ OFF M (x) é o valor de pertinência do potencial polarizado tubo-solo OFF à classe de susceptibilidade de corrosão moderada, μ OFF P (x) é o valor de pertinência do potencial polarizado tubo-solo OFF à classe de susceptibilidade de corrosão pequena e x é o potencial polarizado tubo-solo OFF no ponto considerado, expresso em mv. Os valores das funções de pertinência variam entre 0 e 1. O fator k 3 foi determinado empiricamente igual a 1,0. Convém observar que, neste trabalho, a análise de dados de inspeção CIPS proposta segue uma abordagem distinta da que vem sendo adotada em outras referências [1] [10]: anomalias nos potenciais tubo-solo ON/OFF vêm sendo categorizadas segundo o critério de proteção catódica estabelecido e, também, em função de quedas abruptas e concomitantes nos valores ON e OFF, uma vez que podem indicar presença de defeitos no revestimento do duto (ou variações na resistividade do solo local). Entretanto, uma vez que o modelo descrito já leva em conta dados de inspeções DCVG e PCM, os quais fornecem indicações pontuais e precisas, considera-se que já se dispõe de dados suficientes sobre a presença e gravidade de falhas no revestimento, pelo que as indicações de inspeções CIPS são caracterizadas, exclusivamente, do ponto de vista do critério de proteção catódica. Portanto, as funções de pertinência propostas indicam que, quanto mais próximo do potencial natural do metal estiver o valor polarizado OFF, tanto maior será a probabilidade de corrosão e, consequentemente, mais severa a anomalia. Reciprocamente, quanto mais próximo do critério de proteção catódica estiver o valor polarizado OFF, menor a probabilidade de corrosão e, assim, menos severa a anomalia. A figura seguinte ilustra as funções de pertinência para o potencial polarizado tubo-solo OFF, considerando k 3 = 1,0:

13 1,2 Figura 3 - Função de pertinência para o potencial tubo-solo polarizado OFF Função de pertinência µoff(x) 1 0,8 0,6 0,4 0, SEVERA MODERADA PEQUENA Resistividade elétrica do solo A resistividade elétrica do solo ρ depende de sua natureza e da quantidade de íons presentes, sendo afetada, também, pela umidade, temperatura, compactação e presença de materiais inertes, tais como rocha e cascalho. A tabela seguinte descreve a classificação dos solos em função da resistividade elétrica [11][9]: Tabela 3 - Classificação dos solos em função da resistividade elétrica Corrosividade do solo Resistividade (Ω.cm) Severamente corrosivo 0 a 500 Muito corrosivo 500 a 1000 Corrosivo 1000 a 3000 Moderadamente corrosivo 3000 a Levemente corrosivo a Pouco corrosivo Acima de Os números difusos que representam as classes de susceptibilidade de corrosão severa, moderada e pequena são definidos nas equações 10 a 12, em termos da resistividade elétrica do solo, expressa pelo argumento x: 2500 x μ ρ S (x) k ; 2000,00 < x < 2500,00 = 1; x 2000,00 0; x 2500,00 (10) μ ρ M (x) = 1 μ ρ S (x) μ ρ P (x) (11) x μ ρ P (x) k ; 9500,00 < x < 10000,00 = 0; x 9500,00 1; x 10000,00 (12)

14 em que μ ρ S (x) é o valor de pertinência da resistividade elétrica à classe de susceptibilidade de corrosão severa, μ ρ M (x) é o valor de pertinência da resistividade elétrica à classe de susceptibilidade de corrosão moderada, μ ρ P (x) é o valor de pertinência da resistividade elétrica à classe de susceptibilidade de corrosão pequena e x é a resistividade elétrica do solo, expressa em Ω.cm. Os valores das funções de pertinência variam entre 0 e 1. O fator k 4 foi determinado empiricamente igual a 1,0. A figura seguinte ilustra as funções de pertinência para a resistividade elétrica do solo, considerando k 4 = 1,0: 1,2 Figura 4 - Função de pertinência para a resistividade elétrica do solo Função de pertinência µρ(x) 1 0,8 0,6 0,4 0, SEVERA MODERADA PEQUENA ph do solo O valor de ph é uma medida da concentração de íons positivos H + no substrato, indicando seu grau de acidez ou alcalinização, sendo fator determinante de uma série de características do solo, dentre as quais: disponibilidade de nutrientes, presença de microorganismos, solubilidade de metais pesados e corrosividade. Solos com ph inferior a 5 contribuem para severa corrosão de materiais enterrados [11]. A tabela seguinte descreve o grau de agressividade dos solos em função do ph [12][9]: Tabela 4 - Classificação dos solos em função do ph Classificação ph Extremamente ácido 3,5 a 4,4 Muito fortemente ácido 4,5 a 5,0 Fortemente ácido 5,1 a 5,5 Moderadamente ácido 5,6 a 6,0 Levemente ácido 6,1 a 6,5 Neutro 6,6 a 7,3 Levemente alcalino 7,4 a 7,8 Moderadamente alcalino 7,9 a 8,4 Fortemente alcalino 8,5 a 9,0-14 -

15 Os números difusos que representam as classes de susceptibilidade de corrosão severa, moderada e pequena são definidos nas equações 13 a 15, em termos do ph do solo, expresso pelo argumento x: 6,3 x 5 0,3 k ; 6,00 < x < 6,30 μ ph S (x) = 1; x 6,00 0; x 6,30 (13) μ ph M (x) = 1 μ ph S (x) μ ph P (x) (14) x 8,55 5 0,45 k ; 8,55 < x < 9,00 μ ph P (x) = 0; x 8,55 1; x 9,00 (15) em que μ ph S (x) é o valor de pertinência do ph do solo à classe de susceptibilidade de corrosão severa, μ ph M (x) é o valor de pertinência do ph do solo à classe de susceptibilidade de corrosão moderada, μ ph P (x) é o valor de pertinência do ph do solo à classe de susceptibilidade de corrosão pequena e x é o ph do solo. Os valores das funções de pertinência variam entre 0 e 1. O fator k 5 foi determinado empiricamente igual a 1,0. A figura seguinte ilustra as funções de pertinência para o ph do solo, considerando k 5 = 1,0: 1,2 Figura 5 - Função de pertinência para o ph do solo Função de pertinência µph(x) 1 0,8 0,6 0,4 0, SEVERA MODERADA PEQUENA Umidade do solo É sabido que corrosão eletroquímica está diretamente associada à exposição do material metálico a um eletrólito no qual estão presentes moléculas de água, devido à disponibilidade de oxigênio e íons de hidrogênio, e também de compostos solúveis em água, incluindo formadores de bases como o sódio, potássio, cálcio e magnésio, e formadores de ácidos como carbonato, bicarbonato, cloro, nitrato e sulfato. O estado predominante de umidade do solo, portanto, fornece um indicador direto do potencial corrosivo e será classificado em termos de sua característica de drenagem de água [8]: drenagem ruim (predominantemente molhado), drenagem mediana (predominantemente úmido) e drenagem boa (predominantemente seco)

16 Os números difusos que representam as classes de susceptibilidade de corrosão severa, moderada e pequena são definidos nas equações 16 a 18, em termos da umidade H, expresso pelo argumento x: (x) k 6; 0,00 < x < 1,00 μ H S (x) = 0; x 0,00 1; x 1,00 (16) μ H M (x) = 1 μ H S (x) μ H P (x) (17) ( x) k 6; 1,00 < x < 0,00 μ H P (x) = 1; x 1,00 0; x 0,00 (18) em que μ H S (x) é o valor de pertinência da umidade H à classe de susceptibilidade de corrosão severa, μ H M (x) é o valor de pertinência da umidade H à classe de susceptibilidade de corrosão moderada, μ H P (x) é o valor de pertinência da umidade H à classe de susceptibilidade de corrosão pequena e x é a umidade H (adimensional). Os valores das funções de pertinência variam entre 0 e 1. O fator k 6 foi determinado empiricamente igual a 1,20. A figura seguinte ilustra as funções de pertinência para a umidade H, considerando k 6 = 1,20: Figura 6 - Função de pertinência para a umidade do solo Presença de BRS no solo local / teor de sulfetos A compreensão do efeito da corrosão microbiológica, também conhecida por corrosão bacteriológica, é fundamental para o entendimento da corrosividade dos solos [14]. Micróbios não atacam diretamente o metal, mas criam condições que intensificam o mecanismo de corrosão. Destaca-se as bactérias do gênero Desulfovibrio ssp, redutoras de sulfato (BRS) a enxofre sob condições anaeróbias, formando o produto de corrosão sulfeto ferroso (FeS) [15]. Portanto, é possível detectar a presença de BRS no solo a partir da análise de amostras, pelo teor de sulfetos, cujos resultados são reportados, usualmente, como: positivo, índícios e negativo [6]

17 Os números difusos que representam as classes de susceptibilidade de corrosão severa, moderada e pequena são definidos nas equações 19 a 21, em termos do teor de sulfetos no solo S, expresso pelo argumento x: (x) k 7; 0,00 < x < 1,00 μ S S (x) = 0; x 0,00 1; x 1,00 (19) μ S M (x) = 1 μ S S (x) μ S P (x) (20) ( x) k 7; 1,00 < x < 0,00 μ S P (x) = 1; x 1,00 0; x 0,00 (21) em que μ S S (x) é o valor de pertinência do teor de sulfetos no solo S à classe de susceptibilidade de corrosão severa, μ S M (x) é o valor de pertinência do teor de sulfetos no solo S à classe de susceptibilidade de corrosão moderada, μ S P (x) é o valor de pertinência do teor de sulfetos no solo S à classe de susceptibilidade de corrosão pequena e x é o teor de sulfetos no solo S, expresso em log(mg/l). Os valores das funções de pertinência variam entre 0 e 1. O fator k 7 foi determinado empiricamente igual a 1,20. A figura seguinte ilustra as funções de pertinência para o teor de sulfetos no solo S, considerando k 7 = 1,20: 1,2 Figura 7 - Função de pertinência para o teor de sulfetos no solo S Função de pertinência µs(x) 1 0,8 0,6 0,4 0,2 0-1,5-1 -0,5 0 0,5 1 1,5 2 SEVERA MODERADA PEQUENA Tipo do solo local O tipo de solo, caracterizado por sua textura e granulometria, define a quantidade de poros presentes, por onde a água é absorvida, assim como a concentração de oxigênio e materiais dissolvidos, sendo fator determinante de sua umidade. Esta, por sua vez, relaciona-se inversamente à resistividade elétrica do solo [16], constituindo, portanto, parâmetro de grande relevância em sua corrosividade. Os tipos de solo são categorizados segundo o Sistema Unificado de Classificação de Solos [17], em função do percentual de material fino (partículas com tamanho inferior a 0,074 µm) presente. Valores maiores indicam maior capacidade de retenção de umidade e,

18 consequentemente, maior corrosividade do solo. A tabela seguinte descreve a classificação dos solos em função do percentual de material fino: Tabela 5 - Classificação dos solos em função do percentual de material fino Classificação % Saibro arenoso / cascalho 15 Areia 22 Areia siltosa 25 Silte 30 Argila siltosa 35 Argila Acima de 40 Os números difusos que representam as classes de susceptibilidade de corrosão severa, moderada e pequena são definidos nas equações 22 a 24, em termos do percentual de material fino no solo %MF, expresso pelo argumento x: x (30) 8 15 μ %MF S (x) k ; 30,00 < x < 45,00 = 0; x 30,00 1; x 45,00 (22) μ %MF M (x) = 1 μ %MF S (x) μ %MF P (x) (23) 30 x 8 10 μ %MF P (x) k ; 20,00 < x < 30,00 = 1; x 20,00 0; x 30,00 (24) em que μ %MF S (x) é o valor de pertinência do percentual de material fino no solo %MF à classe de susceptibilidade de corrosão severa, μ %MF M (x) é o valor de pertinência do percentual de material fino no solo %MF à classe de susceptibilidade de corrosão moderada, μ %MF P (x) é o valor de pertinência do percentual de material fino no solo %MF à classe de susceptibilidade de corrosão pequena e x é o percentual de material fino no solo %MF, expresso em termos percentuais. Os valores das funções de pertinência variam entre 0 e 1. O fator k 8 foi determinado empiricamente igual a 1,

19 1,2 Figura 8 - Função de pertinência para o percentual de material fino no solo Função de pertinência µ%mf(x) 1 0,8 0,6 0,4 0, SEVERA MODERADA PEQUENA 3.2. Definição dos fatores de ponderação O modelo de ponderação proposto é definido segundo o método desenvolvido por Saaty et al [18], denominado Analytic Hierarchy Process (AHP). O AHP encontra aplicações em problemas de engenharia envolvendo tomada de decisões em sistemas complexos e com múltiplos critérios. Consiste na decomposição de um problema em uma hierarquia de subproblemas e atribuição de fatores de importância relativa a cada subproblema ou critério. Os critérios são sistematicamente comparados entre si, permitindo uma tomada de decisão racional e consistente, ainda que abrangendo variáveis de naturezas distintas e, frequentemente, incomensuráveis. A matriz de importância I é construída com uma linha e uma coluna para cada parâmetro de entrada considerado (i.e. 8 8), de modo que cada elemento j mn na matriz triangular superior representa o grau de importância de um parâmetro m com relação a outro parâmetro n. Cada elemento posicionado na matriz triangular inferior corresponde ao respectivo recíproco da matriz triangular superior, ou seja: j nm = 1/j mn. As importâncias relativas entre diferentes fatores são atribuídas heuristicamente, segundo a tabela de intensidades abaixo: Tabela 6 - Intensidades de importância do AHP, conforme Saaty et al [18] Intensidadede de importância Definição 1 Mesma importância 3 Importância pequena de uma sobre a outra 5 Importância grande ou essencial 7 Importância muito grande ou demonstrada 9 Importância absoluta 2, 4, 6, 8 Intermediários entre valores adjacentes O valor de cada elemento j mn na matriz de importância I é determinado segundo o julgamento de especialistas, histórico da tubulação, condições de campo e critérios específicos do operador do duto. Para este estudo, o modelo proposto por Sadiq et al [7] foi adaptado, resultando na matriz de importância I abaixo:

20 %IR OFF db ρ ph H S %MF 1,00 5,00 7,00 7,00 8,00 9,00 9,00 9,00 %IR 0,20 1,00 7,00 7,00 8,00 9,00 9,00 9,00 OFF 0,14 0,14 1,00 7,00 8,00 9,00 9,00 9,00 db 0,14 0,14 0,14 1,00 3,00 4,00 6,00 8,00 ρ I = 0,13 0,13 0,13 0,33 1,00 1,50 2,00 4,00 ph 0,11 0,11 0,11 0,25 0,67 1,00 2,00 2,00 H 0,11 0,11 0,11 0,17 0,50 0,50 1,00 2,00 S 0,11 0,11 0,11 0,13 0,25 0,50 0,50 1,00 %MF (25) Normalizando a matriz acima é obtida a matriz auxiliar I. Tomando a soma dos elementos de cada linha desta última, é derivado o vetor I, isto é: 0,5144 0,7414 0,4487 0,3060 0,2720 0,2609 0,2338 0,2045 0,1029 0,1483 0,4487 0,3060 0,2720 0,2609 0,2338 0,2045 0,0735 0,0212 0,0641 0,3060 0,2720 0,2609 0,2338 0,2045 0,0735 0,0212 0,0092 0,0437 0,1020 0,1159 0,1558 0,1818 I = 0,0643 0,0185 0,0080 0,0146 0,0340 0,0435 0,0519 0,0909 0,0572 0,0165 0,0071 0,0109 0,0227 0,0290 0,0519 0,0455 0,0572 0,0165 0,0071 0,0073 0,0170 0,0145 0,026 0,0455 0,0572 0,0165 0,0071 0,0055 0,0085 0,0145 0,0130 0,0227 2,9816 1,9770 1,4359 0,7031 I = 0,3257 0,2407 0,1910 0,1449 (26) (27) Por fim, o vetor de ponderação P é obtido por meio da normalização e transposição de I : P = [P %IR P OFF P db P ρ P ph H P S P %MF ] P = [0,3727 0,2471 0,1795 0,0879 0,0407 0,0301 0,0239 0,0181] (28)

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