ENSAIOS MECÂNICOS DE UMBILICAIS E TUBOS FLEXÍVEIS UTILIZADOS NA PRODUÇÃO DE PETRÓLEO EM ÁGUAS PROFUNDAS 1. Ensaios Estáticos
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- Mikaela Vilalobos Marques
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1 Escola Politécnica da Universidade de São Paulo Departamento de Estruturas e Fundações Laboratório de Estruturas e Materiais Estruturais ( LEM ) ENSAIOS MECÂNICOS DE UMBILICAIS E TUBOS FLEXÍVEIS UTILIZADOS NA PRODUÇÃO DE PETRÓLEO EM ÁGUAS PROFUNDAS 1. Ensaios Estáticos Estão montadas no LEM bancadas para ensaios mecânicos, estáticos, de tubos flexíveis e umbilicais. Os seguintes ensaios podem ser realizados : - Ensaio de Pressão Interna e Tração Combinados - Ensaio de Rigidez Axial Estes ensaios são realizados na bancada mostrada a seguir, com capacidade de testar tubos com diâmetro externo até 800 mm, com tração de até 500 tf e pressão interna até psi. 10 / Setembro/ 02 Tema : Ensaios Estáticos de Umbilicais e Tubos Flexíveis
2 Vista Superior da Bancada para Tração do Corpo de Prova 10 / Setembro/ 02 Tema : Ensaios Estáticos de Umbilicais e Tubos Flexíveis
3 Vista Superior da Bancada para Tração do Corpo de Prova 10 / Setembro/ 02 Tema : Ensaios Estáticos de Umbilicais e Tubos Flexíveis
4 Vista pelo Atuador da Bancada para Tração do Corpo de Prova 10 / Setembro/ 02 Tema : Ensaios Estáticos de Umbilicais e Tubos Flexíveis
5 Atuador da Bancada para 500 Tf 10 / Setembro/ 02 Tema : Ensaios Estáticos de Umbilicais e Tubos Flexíveis
6 Colagem de Extensômetros para Medição de Deformações Longitudinais e Circunferênciais Vista Traseira da Bancada 10 / Setembro/ 02 Tema : Ensaios Estáticos de Umbilicais e Tubos Flexíveis
7 Medição do Alongamento Longitudinal e Posição dos Extensômetros 10 / Setembro/ 02 Tema : Ensaios Estáticos de Umbilicais e Tubos Flexíveis
8 Medição das Deformações na Cabeça de Tração Flowline 10 / Setembro/ 02 Tema : Ensaios Estáticos de Umbilicais e Tubos Flexíveis
9 - Ensaio de Compressão Mecânica Radial sob Tração Este ensaio é realizado na mesma bancada anterior, onde é posicionado um dispositivo de compressão radial, simulando o lançamento do tubo. Esse dispositivo é composto por 2, 3 ou 4 sapatas, e a compressão radial em cada uma delas pode ser de até 100 toneladas. As sapatas são móveis e podem ser adequadas para simular a geometria de lançamento. 10 / Setembro/ 02 Tema : Ensaios Estáticos de Umbilicais e Tubos Flexíveis
10 Ensaio de Compressão Radial 3 V s sob Tração Dispositivo de Compressão Radial 10 / Setembro/ 02 Tema : Ensaios Estáticos de Umbilicais e Tubos Flexíveis
11 Ensaio de Compressão Radial 4 V s sob Tração 10 / Setembro/ 02 Tema : Ensaios Estáticos de Umbilicais e Tubos Flexíveis
12 - Ensaio de Medição da Rigidez à Flexão A bancada é constituida de uma estrutura apoiada em roletes, sobre a qual se apoia o corpo de prova, não havendo limites para a força de flexão a ser aplicada ou para o valor dos raios de curvatura. 10 / Setembro/ 02 Tema : Ensaios Estáticos de Umbilicais e Tubos Flexíveis
13 Aplicação da Carga no Ensaio de Medição da Rigidez à Flexão Medição da Curvatura 10 / Setembro/ 02 Tema : Ensaios Estáticos de Umbilicais e Tubos Flexíveis
14 - Ensaio de Medição da Rigidez à Torção A bancada é constituida por uma uma base metálica apoiada em roletes, sobre a qual se apoia o corpo de prova, não havendo limites para a força de torção a ser aplicada ou o valor das rotações a serem medidas. 10 / Setembro/ 02 Tema : Ensaios Estáticos de Umbilicais e Tubos Flexíveis
15 Corpo de Prova Posicionado para o Ensaio de Medição da Rigidez à Torção 10 / Setembro/ 02 Tema : Ensaios Estáticos de Umbilicais e Tubos Flexíveis
16 Medição das Rotações com Relógios Comparadores 10 / Setembro/ 02 Tema : Ensaios Estáticos de Umbilicais e Tubos Flexíveis
17 2. Ensaios Dinâmicos de Fadiga Foram projetadas, fabricadas e comissionadas duas bancadas de ensaios dinâmicos voltados à análise de fadiga de umbilicais e tubos flexíveis, de acordo com o esquematizado nas Figuras I-2 e I-3 do Appendix I Fatigue Testing, da Especificação API 17E, Second Edition (setembro de 1998), das quais o LEM poderá fazer uso. A primeira bancada é utilizada para simular algumas situações de operação e as condições de lançamento de um tubo flexível ou umbilical. O ensaio, chamado de Ensaio de Fadiga em torno de uma Polia Oscilante, é realizado segundo o dispositivo representado na figura a seguir: 10/ Setembro/ 02 Tema : Ensaios de Fadiga de Umbilicais e Tubos Flexíveis
18 Nesta bancada os umbilicais ou tubos flexíveis podem ser submetidos a uma tração máxima de 100 tf, sendo que a roda tem um diâmetro de 3,5 m. A duração do ensaio é ilimitada e pode ser realizado para diferentes períodos de oscilação da roda. São monitorados, entre outros, as trações e pressões atuantes, as deformações da estrutura, a resistência elétrica dos cabos e o sinal da fibra ótica. Na figura a seguir é mostrada o arranjo da bancada. 10/ Setembro/ 02 Tema : Ensaios de Fadiga de Umbilicais e Tubos Flexíveis
19 Nas fotos a seguir é mostrada a bancada em operação. Montagem da Bancada, com Umbilical Posicionado 10/ Setembro/ 02 Tema : Ensaios de Fadiga de Umbilicais e Tubos Flexíveis
20 Ensaio de Umbilical em Realização 10/ Setembro/ 02 Tema : Ensaios de Fadiga de Umbilicais e Tubos Flexíveis
21 Sistema de Acionamento 10/ Setembro/ 02 Tema : Ensaios de Fadiga de Umbilicais e Tubos Flexíveis
22 Colagem de Extensômetro na Piatina Bancada Vista pela Traseira, com o Atuador de Tração 10/ Setembro/ 02 Tema : Ensaios de Fadiga de Umbilicais e Tubos Flexíveis
23 Extremidade do Umbilical com Tomadas para a Medição dos Cabos Elétricos e Fibras Óticas 10/ Setembro/ 02 Tema : Ensaios de Fadiga de Umbilicais e Tubos Flexíveis
24 A segunda bancada, serve para realização dos Ensaios de Fadiga contra um Conformador e cujo princípio está representado na figura à seguir. Estes ensaios tem por objetivo simular as solicitações que ocorrem na região de contato com o navio, durante o lançamento do umbilical ou tubo flexível. Nesta bancada, os umbilicais ou tubos flexíveis também podem ser submetidos a uma tração de 100 tf e uma flexão de ± 22,5. É também feita uma completa monitoração dos parâmetros e resultados do ensaio. Nas figuras a seguir é mostrado o arranjo da bancada. 10/ Setembro/ 02 Tema : Ensaios de Fadiga de Umbilicais e Tubos Flexíveis
25 10/ Setembro/ 02 Tema : Ensaios de Fadiga de Umbilicais e Tubos Flexíveis
26 10/ Setembro/ 02 Tema : Ensaios de Fadiga de Umbilicais e Tubos Flexíveis
27 A terceira bancada, serve para realização dos Ensaios de Fadiga da Região do Bend Stiffener e cujo princípio está representado na figura à seguir. Estes ensaios tem por objetivo simular as solicitações na região do bend stiffener, durante a operação. Esta bancada é uma adaptação da anterior, tendo a mesma capacidade. Nas figuras a seguir é mostrado o arranjo da bancada. 10/ Setembro/ 02 Tema : Ensaios de Fadiga de Umbilicais e Tubos Flexíveis
28 10/ Setembro/ 02 Tema : Ensaios de Fadiga de Umbilicais Tubos Flexíveis
29 Estrutura da Bancada 10/ Setembro/ 02 Tema : Ensaios de Fadiga de Umbilicais e Tubos Flexíveis
30 Bancada com o Atuador 10/ Setembro/ 02 Tema : Ensaios de Fadiga de Umbilicais e Tubos Flexíveis
31 Ensaio em Andamento 10/ Setembro/ 02 Tema : Ensaios de Fadiga de Umbilicais e Tubos Flexíveis
32 Ensaio em Andamento 10/ Setembro/ 02 Tema : Ensaios de Fadiga de Umbilicais e Tubos Flexíveis
33 Todas as bancadas apresentadas podem ser utilizadas para o desenvolvimento de pesquisas e teses bem como pelos fabricantes de umbilicais ou tubos flexíveis, para a execução de ensaios estáticos e dinâmicos de homologação/qualificação de produto ou testes de aceitação (FAT). Coordenação : Prof.Dr. Miguel Angel Buelta Martinez (buelta@usp.br) Equipe Técnica : Prof.Dr.Pedro Afonso de Oliveira Almeida ; Eng. Ismael Freire Bastos ; Eng. Ivan Tessarolo Colaboradores : Prof. Dr. Edison Gonçalves ; Prof. Dr. Luis Antonio Barbosa Coelho ; Eng. Luis Javier Buelta Martinez ; Eng. Nelson Gardenas Olivier 10/ Setembro/ 02 Tema : Ensaios de Fadiga de Umbilicais e Tubos Flexíveis
34 Técnicos : Rui Coelho Jacomini ; Antonio Coelho Jacomini ; José Ferreira Leite Neto ; Alexsandro Alves de Souza ; Eduardo Machado Cavalcante ;Gleison Elias da Silva Laelcio Alves Filho ; Francisco Gomes da Silva ; Arlindo Lopes Filho ; Aurelino da Silva Aquino ; José Petrucio Araujo. Escola Politécnica da Universidade de São Paulo Departamento de Estruturas e Fundações Laboratório de Estruturas e Materiais Estruturais Av. Prof. Almeida Prado, trav.2, no.83 CEP: São Paulo SP- Brasil Fones: (011) / 5505 Fax: (011) / Setembro/ 02 Tema : Ensaios de Fadiga de Umbilicais e Tubos Flexíveis
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