Estudo comparativo por elementos finitos entre as tecnologias de riser convencional e compósito: projeto e análise estatística de sensibilidade

• Autor(a) principal: Costa, Emmanuel Simmons da
• Data de Publicação: 2019
• Tipo de documento: Trabalho de conclusão de curso
• Idioma: por
• Título da fonte: Repositório Institucional da Universidade Federal Fluminense (RIUFF)
• Texto Completo: https://app.uff.br/riuff/handle/1/16022
• topic: Riser; Materiais compósitos; Orcaflex; Riser; Compósito de fibra de carbono; Compósito polimérico; Método dos elementos finitos; Riser; Orcaflex; Composite materials

Com a criação da Petrobras, no final da década de 30, deu-se partida o desenvolvimento de tecnologias e pesquisa do petróleo brasileiro. Desde então, poços de óleo foram descobertos em quase todos os estados brasileiros ao longo dos anos para cada vez maiores profundidades, aumentando os desafios tecnológicos e logísticos que são também acompanhados de soluções com maiores custos. Este trabalho teve como meta realizar o projeto de dois risers completamente fabricados de material compósito (termoplástico reforçado com fibras de carbono), utilizando as matrizes PEEK e PVDF separadamente, por meio das propriedades mecânicas dos seus constituintes, da mecânica clássica do laminado e assumindo que este se comporta com um duto de paredes espessas. Além disso, por meio de análise computacional de elementos finitos utilizando a ferramenta Orcaflex buscou-se fazer uma comparação da carga de topo, da mínima tensão no TDZ e da curvatura máxima das tecnologias de dutos, flexível convencional, compósitos e rígido convencional. Com o objetivo de calcular e hierarquizar os efeitos principais e de interação dos fatores de entrada nas variáveis de resposta das análises numéricas, foi realizada uma análise estatística de sensibilidade com base no planejamento de experimentos (DOE – Projeto of Experiments) e com auxílio do software Statistica 8.0. Com objetivo realizar uma análise abrangente e comparativa do ponto de vista econômico (CAPEX e OPEX) com os dutos convencionais , foi confeccionada uma matriz SWOT dos dutos termoplásticos de modo a entender suas forças e fraquezas para entrada no mercado. Ao final, foi concluído que os dutos compósitos mostraram, em comparação com as outras tecnologias analisadas, redução da carga de topo, curvatura inferiores as limites de projeto e compressão no TDZ quando sob efeito de onda regular. Além disso, os fatores de entrada para o estudo estatístico de DOE: tecnologia de duto, lamina d’água, direção de carregamento e onda regular mostraram elevada representatividade para o caso estudado, considerando os fatores de saída: Carga de topo, mínima tensão efetiva no TDZ e máxima curvatura no TDZ. Devido à redução da carga de topo encontrada, à possibilidade de instalação na configuração catenária livre, dispensando módulos de flutuadores caros, à sua superior durabilidade por conta da resistência aos gases corrosivos e ao limite de projeto em que se encontram as tecnologias convencionais, os dutos compósitos se mostraram como uma excepcional solução técnica e econômica aos metais no longo prazo, mesmo que por conta dos desenvolvimentos ainda recentes, poucos testes de campo foram realizados colaborando para uma certa insegurança do mercado na aquisição de tais tecnologias