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Indústria precisa aprimorar tubos flexíveis usados nas plataformas de petróleo

Pesquisador da Poli-USP detecta que a forma de projetar os equipamentos hoje pode não considerar de forma adequada o efeito de forças compressivas

Eduardo Ribeiro Malta, formado em Engenharia Mecânica pela Escola Politécnica da Universidade de São Paulo (Poli-USP), pesquisador de pós-doutorado da instituição e oficial engenheiro do Centro Tecnológico da Marinha em São Paulo (CTMSP), constatou em seu trabalho de doutorado que a forma atual de projetar os tubos flexíveis usados nas plataformas de petróleo pode não ser a mais adequada para enfrentar as condições de operação dos equipamentos nos oceanos.

Da forma como são feitos hoje, os tubos estão sujeitos a rompimentos por causa das forças que afetam as diversas camadas que os compõe, alerta o pesquisador em seu trabalho, que receberá em junho próximo o prêmio Subrata Chakrabarti Young Professional Award, concedido pela Sociedade Americana de Engenheiros Mecânicos (American Society of Mechanical Engineers).

O prêmio Subrata Chakrabarti Young Professional Award veio da participação do pesquisador na Conferência OMAE - Offshore, Marine and Arctic Engineering - em 2016, onde ele apresentou um artigo relacionado à Engenharia Offshore, campo que se dedica ao estudo da extração de petróleo no mar.

O artigo premiado é um recorte da tese de doutorado do pesquisador, voltada para a questão do atrito entre as camadas dos tubos flexíveis. “No meu doutorado, eu mostrei principalmente que a modelagem do tubo flexível não pode ser tão simplificada quanto alguns autores e regulamentos colocam”, afirma. Esses tubos são como mangueiras que interligam a plataforma marítima ao poço, no fundo do mar, e fazem o transporte de óleo, gás e água, encontrados abaixo do solo, até a superfície. Seus diâmetros internos podem variar desde duas polegadas e meia a 18 – tamanho de um calibre de canhão –, e os preços chegam a US$ 6 mil o metro.

Por serem muito longos e estarem expostos a um ambiente agressivo, os tubos podem sofrer danificações das mais diversas. Podem ceder à pressão interna e se romper, não suportar o próprio peso ou até mesmo sofrer ataques externos de animais marinhos; situações que causam o vazamento do conteúdo do tubo no mar e geram graves impactos ambientais e prejuízo financeiro.

Para evitar tais problemas, eles geralmente são produzidos com diversas camadas de reforço, feitas de materiais muito resistentes. Cada uma das camadas possui a finalidade de proteger o tubo de algum dos incidentes. Um exemplo é a camada mais interna, feita de aço inox, que serve para resistir à pressão externa do tubo, no caso de comprometimento da camada estanque externa.

Doutorado – Pensando nisso, Malta resolveu se dedicar ao estudo sobre o processo de falha desses tubos quando submetidos a situações de compressão provocadas pelo movimento da plataforma. Ele conta que esses processos podem ocorrer devido à plataforma marítima se movimentar bastante, por causa das ondas e do vento, o que desloca os tubos e os comprime. Quando comprimidos, acontece um fenômeno denominado birdcaging: a armadura de tração, camada interna responsável por suportar a tração do peso do tubo e que é formada por tendões de aço intercruzados, se expande e ganha o formato de gaiola, danificando os outros revestimentos.

O que o pesquisador fez, então, foi tentar entender quais eram os fatores que contribuíam para que o birdcaging ocorresse. Ele criou um modelo numérico, espécie de simulação computacional, onde testou diversas situações diferentes. A primeira delas foi provocar um rasgo na camada mais externa do tubo, e submetê-lo à compressão, o que não influenciou significativamente os resultados. Depois, foi a vez de outra camada, feita com fibra de aramida (cujo nome comercial é Kevlar e é usado para a fabricação de coletes à prova de balas), ser danificada e exposta aos esforços solicitantes.

Artigo premiado - Na Conferência OMAE, Malta apresentou os resultados dos experimentos envolvendo o atrito entre as camadas do tubo. Normalmente, as camadas são produzidas e dispostas entre si bem justas umas às outras e fitas antiabrasivas são colocadas entre as camadas, pois desse modo não há tanta fricção e elas não se desgastam tão facilmente.

Durante a pesquisa, ele descobriu que isso pode não ser benéfico para o tubo: quanto mais justas as camadas estão uma às outras, ou seja, quanto maiores as forças de atrito entre elas, menor será a carga crítica de compressão que resulta no bircaging. As forças de atrito transferem os esforços de uma camada para a outra, fazendo com que elas trabalhem em conjunto, de modo coeso. Sem o atrito, tais forças coesivas não são tão expressivas, de tal forma que a armadura de tração suporta sozinha a carga de compressão e acaba antecipando a falha.

Essa constatação garantiu ao pesquisador o prêmio de melhor artigo da conferência. “O prêmio é muito importante, pois é bom representar o Brasil em conferências como essa. É uma grande conquista para a Poli e para o Laboratório [de Mecânica Offshore - LMO]”, diz sobre o feito. Ele irá apresentar outro trabalho no evento esse ano, dessa vez relacionado ao mecanismo que conecta os tubos uns aos outros.

Trajetória - Malta conta que se interessou pela área desde a sua iniciação científica, em 2007, quando conheceu o professor Clóvis Martins. Orientado pelo docente, ele iniciou as pesquisas no Núcleo de Dinâmica e Fluidos (NDF) do Departamento de Engenharia Mecânica (PME) da Poli, e posteriormente passou a fazer experimentos no LMO, dos professores Martins e Celso Pesce.

Ele afirma que passou boa parte do tempo do doutorado simulando as situações dos tubos flexíveis no modelo numérico criado por ele. Cada simulação demorava aproximadamente quatro dias para ficar pronta, e, ao todo, foram realizadas cerca de 200. Para o pós-doutorado, ele deseja analisar seu modelo e melhorá-lo baseado nas possíveis sugestões vindas da avaliação da banca.

(Amanda Panteri)