A importância da medição precisa de tensões residuais em dutos

Por Carlos Aurélio Pezzotta*

            Num mundo ideal, dutos enterrados ao longo de extensas regiões para o transporte de derivados de petróleo (óleo, gás e combustível) estariam expostos apenas aos esforços da pressão interna do fluido transportado. No mundo real, este é apenas uma componente do complexo estado de tensões nas paredes de um duto enterrado. Pelo menos quatro fatores geram tensões, além do primeiro: o processo de montagem, as tensões de origem térmica, as decorrentes da interação duto/solo e as tensões da fabricação.

Nesse contexto, as tensões residuais são especialmente perigosas pelo fato de se somarem às tensões de serviço. Sua combinação pode atingir valores próximos e até superiores ao admissível pelo material. Esse comportamento pode levar ao colapso silencioso do sistema. Sendo assim, a determinação e a quantificação do estado de tensões em um duto passa a ser de grande importância para a indústria de petróleo e gás, principalmente quando são considerados os possíveis danos à natureza decorrentes de seus rompimentos.

Os métodos tradicionais não conseguem resgatar toda a história de carregamento do material de um duto instalado em campo. Para a tarefa, é necessária uma metodologia de medição absoluta. Entre as mais populares, está a difração de Raio X, que tem como vantagem não ser invasiva; porém, sua limitação é a profundidade da região medida, não refletindo o estado de tensões que agem no núcleo de uma estrutura. Outros fatores que depõem contra o uso de Raios X em campo são a portabilidade limitada e riscos de insalubridade trazidos pelo contato com a radiação.

Já o método do furo cego é sem dúvida o caminho mais usado, principalmente em ações em campo para medir o estado de tensões de forma absoluta, sendo normatizado pela legislação do setor (Norma ASTM E 837-01). Apesar de o processo ter caráter semi-invasivo, a presença do furo não põe em risco a integridade de um duto, pois ele é pequeno quando comparado com a espessura da parede do tubo. Em alguns casos, após a medição estar completada, aplica-se uma ferramenta abrasiva para produzir um “adoçamento” da região do furo, deixando a região geometricamente suave.

Há duas formas de medir a movimentação do material em torno do furo: com extensômetros de resistência elétrica e com métodos ópticos. Em ambos os casos,  uma turbina pneumática de ultra-alta rotação e um dispositivo de avanço fino executam o furo com uma fresa de topo similar às usadas pelos dentistas. No primeiro caso, os dutos são preparados e instrumentados com três extensômetros de resistência, que são conectados a uma ponte amplificadora. A furação pode ser executada em passos de 0,2 mm até que a profundidade final, tipicamente de 1,6 mm, seja atingida.

Com o método óptico, ao invés de extensômetros, um interferômetro que usa laser é aplicado para medir o campo de deslocamentos em torno do furo executado. Uma base universal é firmemente fixada à superfície a ser medida por meio de fortes ímãs de terras raras. Um conjunto de três pontas afiadas é usado para nivelar a base, mantê-la na altura certa e impedir movimentos relativos base/superfície a medir.

A base contém um apoio formado por três pares de cilindros nos quais são apoiadas três esferas. A superfície a medir é então iluminada pelo laser e uma sequência de imagens é adquirida pelo sistema. A profundidade da furação é controlada por um parafuso micrométrico com indicador digital. Aos poucos, nova medição é realizada, perfazendo o total de um a cinco passos intermediários ou de uma única vez.  As vantagens da medição óptica frente ao método extensométrico dizem respeito à maior flexibilidade para uso de diferentes diâmetros da ferramenta de furação, maior quantidade de dados extraídos da região e redução do tempo de medição para cerca de um quarto do necessário pelo método anterior. Além disso, o método óptico é bem menos exigente em termos de preparação da superfície, pois dispensa a colagem de transdutores no duto e a utilização de material tóxico, como a acetona.

A tecnologia óptica utilizando a holografia eletrônica foi desenvolvida em parceria com a Universidade Federal de Santa Catarina e é oferecida ao mercado brasileiro através da empresa Photonita, localizada na incubadora CELTA, de empresas de base tecnológica inovadora de Florianópolis.  Inédito no mercado, o sistema tem sido utilizado por grandes empresas petrolíferas e de distribuição de gás e consiste em inovação totalmente brasileira.  

*Graduado em Administração de Empresas, em Engenharia de Controle e Automação Industrial e mestre em Metrologia Científica e Industrial. Atualmente é diretor de negócios da empresa Photonita Metrologia Óptica. Possui conhecimentos na área técnica, com trabalhos na área de metrologia óptica, desenvolvimento de software e sistemas automáticos de medição. Possui mais de 8 anos de experiência na área de estratégias de mercado, reposicionamento estratégico e estruturação de negócios. Atua na Photonita como Diretor de Negócios.