UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ

DEPARTAMENTO ACADÊMICO DE MECÂNICA

CURSO TÉCNICO DE NÍVEL MÉDIO INTEGRADO EM MECÂNICA

EDUARDO MORAES QUIRINO

GABRIEL MUXFELDT SIQUEIRA

GABRIEL DUARTE MORATO

JOÃO VICTOR SANTOS

LUCAS STIEGLITZ CHIMICOVIAKI

PEDRO MARTINS LACHOWSKI

ENSAIOS NÃO DESTRUTIVOS APLICADOS À INSPEÇÃO DE

DUTOS

CURITIBA

2014

EDUARDO MORAES QUIRINO

GABRIEL MUXFELDT SIQUEIRA

GABRIEL DUARTE MORATO

JOÃO VICTOR SANTOS

LUCAS STIEGLITZ CHIMICOVIAKI

PEDRO MARTINS LACHOWSKI

ENSAIOS NÃO DESTRUTIVOS APLICADOS À INSPEÇÃO DE

DUTOS

Trabalho apresentado à disciplina de Ensaios

Não Destrutivos, do Curso Técnico De Nível

Médio Integrado Em Mecânica, do

Departamento Acadêmico de Mecânica –

DAMEC – da Universidade Tecnológica Federal

do Paraná – UTFPR.

Orientador: Prof. Dr. Ricardo Fernando dos Reis

CURITIBA

2014

LISTA DE FIGURAS

Figura 1 - Modelos de PIGs.........................................................................................6

Figura 2 - Esquema da Aplicação do PIG em Dutos, com seus Principais

componentes...............................................................................................................6

Figura 3 - PIG para inspeção de dutos........................................................................6

SUMÁRIO

1 INTRODUÇÃO.........................................................................................................4

2 INSPEÇÃO DE DUTOS............................................................................................5

2.1 PIG (PIPELINE INSPECTION GAUGES)..............................................................5

2.1.1 PIG DE FLUXO MAGNÉTICO (MAGNETIC FLUX LEAKAGE, MFL).................7

2.1.2 PIG ULTRASSÔNICO........................................................................................9

2.1.3 COMPARAÇÃO ENTRE O PIG MFL E PIG ULTRASSÔNICO.........................9

2.2 INSPEÇÃO VISUAL REMOTA DE DUTOS POR VÍDEO......................................9

2.3 DUTOS NÃO-PIGÁVEIS......................................................................................10

3 CONSIDERAÇÕES FINAIS...................................................................................11

REFERÊNCIAS.........................................................................................................12

4

1 INTRODUÇÃO

Dutos são condutos fechados, destinados principalmente ao transporte de

fluidos. Todos os dutos apresentam seção transversal uniforme e são ocos. Eles são

considerados o método mais seguro de transporte de produtos como petróleo e gás.

Por isso, para evitar acidentes e problemas ambientais é de extrema importância o

monitoramento dos dutos.

O presente trabalho relata os principais métodos de Ensaios Não Destrutivos

aplicados à inspeção de dutos. Atualmente, com os avanços da tecnologia, a

inspeção com PIG instrumentado é a mais utilizada no mundo.

5

2 INSPEÇÃO DE DUTOS

Em uma tentativa de manter dutos operando com segurança, as inspeções

periódicas são realizadas para encontrar falhas e danos antes que se tornem motivo

de preocupação. O monitoramento de dutos é, portanto, cada vez mais essencial,

devido à preocupações ambientais relativas à possíveis falhas ou rupturas o que

pode ocasionar vazamentos e custos elevados de reparação, substituição ou multas

relativas à impactos ambientais.

Como grande parte dos dutos é enterrada ou submersa, a tarefa de

inspecioná-los torna-se ainda mais complexa e inacessível. Por o acesso a esses

locais ser extremamente difícil, os ENDs mais comuns, como PM, LP, ultra-som e

radiografia não conseguem abranger tais dutos. Como solução para este problema,

a engenharia moderna vem propondo o uso de um equipamento chamado: Pig

Instrumentado de Inspeção.

2.1 PIG (PIPELINE INSPECTION GAUGES)

O PIG (Pipeline Inspection Gauges) é um dispositivo inserido em um

oleoduto que viaja livremente através dele, impulsionado pelo fluxo do fluído para

fazer uma tarefa específica dentro da tubulação. Estas funções se enquadram em

uma série de áreas diferentes:

- Utility PIGs (Cleaning PIGs) que executam uma função como limpeza do

tubo e separação de produtos;

- Smart PIGs (PIGs Instrumentados): são usados para fornecer informações

como a localização de amassamentos e ovalizações, detecção de vazamentos,

informações sobre a condição do gasoduto e da extensão e localização de qualquer

problema.

Atualmente existe uma grande variedade de PIGs, alguns dos quais estão

ilustrados na Figura 1.

6

.

Figura 1 - Modelos de PIGs.

Esse método de inspeção de dutos, através de PIGs, é uma forma bastante

utilizada para mapear defeitos causados pela corrosão ou abrasão ao longo dos

anos. Possui como vantagem a possibilidade de inspeção ao longo de todo o duto, o

que seria praticamente inviável para outras técnicas tradicionais no caso de dutos

enterrados de grandes extensões.

Figura 2 - Esquema da Aplicação do PIG em Dutos, com seus Principais componentes.

Tais pigs instrumentados são em sua maioria do tipo magnéticos e

ultrassônicos e permitem verificar a existência de trincas ou perda de material assim

como são capazes de detectar e determinar as dimensões de pequenos defeitos

como pites, informando também a sua localização.

Figura 3 - PIG para inspeção de dutos

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Eles normalmente executam as seguintes funções:

- Separação de produtos;

- Limpeza os depósitos e os restos;

- Medição o diâmetro interno;

- Localização de obstruções;

- Calibração de meter loop;

- Remoção de líquidos;

- Remoção de gás;

- Medições da geometria da tubulação;

- Inspeção interna;

- Revestimento de diâmetro interno;

- Inibição de corrosão;

-Melhoraria da eficiência do fluxo.

O tipo de PIG a ser usado e sua configuração ideal para uma determinada

tarefa em uma tubulação devem ser determinados com base em vários critérios,

como:

- O objetivo: tipo, localização e volume da substância a ser removida ou

deslocada e tipo de informação a ser recolhida a partir de uma varredura por Smart

PIG.

- O conteúdo da tubulação: condução da pressão disponível versus pressão

necessária e a velocidade do PIG;

- As características do gasoduto: os tamanhos mínimos e máximos da

tubulação interna e a distância máxima que os PIGs devem viajar.

Como existem uma imensa variedade de tipos de PIGs, este trabalho

restringi-se ao estudo dos PIGs do tipo magnético e ultrassônico.

2.1.1 PIG DE FLUXO MAGNÉTICO (MAGNETIC FLUX LEAKAGE, MFL)

O tipo de “pig” mais comum para inspeção de defeitos de corrosão é o “pig”

de perda de espessura (ou perda de massa) que é capaz de detectar e dimensionar

pontos em que há redução da espessura de parede do duto e informar com boa

precisão a localização destes defeitos. Existem duas técnicas diferentes para “pigs”

de perda de espessura: pig ultrassônico e pig de fluxo magnético.

A técnica mais utilizada atualmente é a de fuga de fluxo magnético. Fuga de

fluxo magnético (MFL) é usado para detectar corrosão e desgaste em estruturas de

aço, mais comumente dutos e tanques de armazenamento. O princípio básico é a

aplicação de um ímã poderoso usado para magnetizar o aço.

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Em áreas onde há corrosão do metal ou falta (desgaste), o campo

magnético do aço apresentará “vazamentos”. Então com uma ferramenta de MFL,

um detector magnético é colocado entre os pólos do ímã para detectar o campo de

fuga. Analistas iram interpretar o registro gráfico do campo de fuga para identificar

áreas danificadas e estimar a profundidade da perda de metal.

Atualmente é o método mais comum em aplicações para oleodutos e

gasodutos para encontrar regiões com perda de metal. Este método garante com

segurança análises de perdas de metal por corrosão e em alguns casos encontram

falhas geométricas ou metalúrgicas no material do duto.

O pig magnético, que normalmente é identificado pelas escovas de aço de

magnetização da parede do duto, possui outro módulo com sensores

discriminadores de corrosão interna e externa, e com hodômetros normalmente fixos

no final da ferramenta. Os vasos de pressão contêm bateria e eletrônica embarcada

de aquisição de dados. As escovas do modulo magnético estão dimensionadas para

ficar sempre em contato com a parede do duto, e são fixadas em magnetos

distribuídos em volta do corpo do módulo magnético do pig.

Assim, forma-se um circuito magnético através do fluxo magnético constante

na parede do duto que é o elemento primário de medição dos sensores Hall MFL.

Os sensores magnéticos são estrategicamente colocados no meio das escovas para

detectar eventuais fluxos de fuga de campo magnético associados à perda de

espessura e descontinuidade de material como trincas.

A técnica consiste em submeter um material ferromagnético, como os dutos

metálicos, a um campo magnético intenso, saturando o material magneticamente

permeável. Este campo magnético é introduzido no metal através de um par de imãs

ou magnetos, criando-se um dipolo magnético.

Durante a inspeção quando é encontrada alguma descontinuidade ou perda

de material, ocorre o desvio do campo magnético aplicado no material para o ar. A

quantidade de fluxo que é desviado para fora da parede da tubulação depende

proporcionalmente da geometria do defeito, tais como profundidade, comprimento e

largura. Calibrando-se o sistema de detecção do campo magnético de fuga,

consegue-se dimensionar defeitos geométricos em metais ferromagnéticos.

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2.1.2 PIG ULTRASSÔNICO

O pig ultrassônico utiliza o embasamento teórico de END de ultrassom. Esse

pig é caracterizado por uma grande quantidade de cabeçotes que fazem a medição

de maneira direta da parede do duto.

Tais pigs utilizam pulsos ultrassônicos emitidos por transdutores (cristais

piezelétricos) e refletidos pelas descontinuidades, ou pela superfície oposta da peça,

as frentes de ondas são convertidas em sinais eletrônicos e mostrados na tela LCD

ou em um tubo de raios catódicos (TRC) do aparelho.

Alguns motivos que podem ocasionar erro no ensaio são: incerteza sobre

parâmetros físicos do duto e do fluido, interface não plana e interface rugosa. Tais

parâmetros devem ser controlados para que não haja más interpretações de

resultados.

2.1.3 COMPARAÇÃO ENTRE O PIG MFL E PIG ULTRASSÔNICO

Ambos os métodos exigem uma limpeza muito boa, apesar do método

ultrassônico exige uma limpeza melhor do que o método de fluxo magnético. Apesar

disso existem algumas diferenças, como a velocidade de deslocamento, no

ultrassônico o recomendado é de 2 m/s já no de fluxo magnético pode ser de 1 a 5

m/s. No método ultrassônico a medição da parede do duto é feita de maneira direta

e o sinal transmite-se através do líquido, já no fluxo magnético a medição da parede

do duto é feita de maneira estimada através da medição do campo magnético e é

um método independente do fluído para a transmissão do sinal.

2.2 INSPEÇÃO VISUAL REMOTA DE DUTOS POR VÍDEO

É uma forma usada para inspecionar visualmente o interior de tubulações,

na qual faz-se uso de sistemas especiais formados por componentes de vídeo

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carregados por robôs, que permitem controle de foco, iluminação, zoom, orientação

e rotação. Isso permite a obtenção de imagens de alta qualidade e o fácil manuseio

usadas na inspeção e manutenção dos dutos.

2.3 DUTOS NÃO-PIGÁVEIS

Alguns fatores podem acarretar na incompatibilidade ou inviabilidade da

aplicação de PIGs em dutos, tais como: quando o PIG não pode passar por algum

ponto do duto (curvas muito acentuadas, grande variação de diâmetro ou

bifurcações); quando o duto não foi projetado para receber um PIG (o duto não

possui uma estrutura que permita colocar e retirar o PIG). Em casos assim é

utilizado para inspeção um inspetor externo de dutos (IED).

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3 CONSIDERAÇÕES FINAIS

Através deste trabalho, observa-se que o conhecimento de ensaios não

destrutivos aplicados à dutos é bastante importante. É interessante que sejam

utilizados ensaios não destrutivos em dutos para que não hajam acidentes

operacionais, impactos ambientais, perda de produção ou encarecimento em

manutenções corretivas. Foi observado que tais técnicas podem reduzir os custos

de operação e aumentar a confiabilidade no geral.

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REFERÊNCIAS

CPTI - Centro de Pesquisa em Tecnologia de Inspeção. PIG Magnético. Disponível em: <http://www.cpti.cetuc.puc-rio.br/projetos/p/22/>. Acesso em: agosto, 2014.

FERREIRA, Mauro A. Equipamentos e Operações Submarinas. Disponível em: <http://www.simonsen.br/its/pdf/apostilas/base-tecnica/2/ambupprod-petroleo-e-gas-2-ano-5-capitulo.pdf>. Acesso em: agosto, 2014.

MAZZINI, Carlos E. Comparação de Métodos de Inspeção de Integridade de Dutos: Método PIG e CIS/DCVG. Projeto (Graduação), Engenharia Mecânica, Universidade Federal do Espírito Santo, Vitória - ES, 2009.

SAMPAIO, Raimundo. Inspeção em Dutos. Apostila, 2009.

SARTI, Caio.; ARAÚJO, Renan de.; PINTO, Sâmara. PIG Tecnologia para tubulações. Trabalho (Graduação), Tecnologia em Construção Naval, Centro Universitário Estadual da Zona Oeste, Rio de Janeiro - RJ, 2011.

SOUZA, Ricardo D. de. Avaliação Estrutural de Dutos com Defeitos de Corrosão Reais. Dissertação (Mestrado), Programa de Pós-graduação em Engenharia Mecânica, PUC-Rio, Rio de Janeiro - RJ, 2003.

SOUZA, Wagner A. G.; BARRA, Sérgio R. Ensaios Não Destrutivos Aplicados à Inspeção de Dutos. Artigo (Graduação), Engenharia de Materiais, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal - RN, 2011.