análise comparativa de critérios de dimensionamento de risers

Download Análise Comparativa de Critérios de Dimensionamento de Risers

Post on 12-Oct-2015

9 views

Category:

Documents

0 download

Embed Size (px)

TRANSCRIPT

  • ANLISE COMPARATIVA DE CRITRIOS DE DIMENSIONAMENTO DE RISERS

    RGIDOS

    Leile Maranho Froufe

    DISSERTAO SUBMETIDA AO CORPO DOCENTE DA COORDENAO DOS

    PROGRAMAS DE PS-GRADUAO DE ENGENHARIA DA UNIVERSIDADE

    FEDERAL DO RIO DE JANEIRO COMO PARTE DOS REQUISITOS NECESSRIOS

    PARA A OBTENO DO GRAU DE MESTRE EM CINCIAS EM ENGENHARIA

    OCENICA.

    Aprovada por:

    ________________________________________

    Prof. Theodoro Antoun Netto, Ph.D.

    ________________________________________

    Prof. Ilson Paranhos Pasqualino, D.Sc.

    ________________________________________

    Prof. Murilo Augusto Vaz, Ph.D.

    ________________________________________

    Dr. Lus Alberto DAngelo Aguiar, D.Sc.

    RIO DE JANEIRO, RJ BRASIL

    JUNHO DE 2006

  • ii

    FROUFE, LEILE MARANHO

    Anlise Comparativa de Critrios de Dimen-

    sionamento de Risers Rgidos [Rio de Janeiro]

    2006

    IX, 204p. 29,7 cm (COPPE/UFRJ, M.Sc.,

    Engenharia Ocenica, 2006)

    Dissertao Universidade Federal do Rio

    de Janeiro, COPPE

    1. Critrios de Dimensionamento de Risers Rgidos

    2. Modos de Falha em Risers Rgidos

    3. Formulaes das Normas para Risers Rgidos

    I. COPPE/UFRJ II.Ttulo (Srie)

  • iii

    Dedico este sonho....

    Ao meu pai, que nunca freqentou uma faculdade, mas sempre nos incentivou a

    estudar. A voc (in memorian) sempre meu carinho, admirao e agradecimento,

    pelas lgrimas que eu ganhei quando voc soube que eu havia apenas passado na

    primeira fase do Vestibular...era s o incio.

    minha me, professora e educadora das crianas de outras mes. A voc meu

    reconhecimento por ter sempre sido a melhor professora, esposa, companheira e me

    do mundo, se dando de corpo e alma a todos ns filhos e alunos.

    A ambos, meu reconhecimento e carinho pela forma como fomos educados.

    Ao meu irmo e minha irm, que sempre celebraram minhas vitrias. Tenho certeza

    de que estaro celebrando mais esta. E, afinal, porque irmos so presentes eternos.

    Aos meus cunhados, sobrinha, primos, primas, tios e tias porque a vida sem famlia ,

    no mnimo, sem emoo.

    Aos amores da minha vida, meus presentes de Deus, as melhores coisas do mundo:

    meu namorado Rodrigo e minha filha Giulia, porque vocs preenchem a minha vida,

    porque aqui est dedicado o tempo que no pude dedicar a vocs e porque por vocs

    e para vocs eu sempre darei o melhor de mim e sempre procurarei ser melhor a cada

    dia. Amo vocs.

    noite e madrugada, pois sem elas boa parte desta tese no existiria. J que, como

    diz a minha filha: Mame, no que quando t na hora do Sol e voc no t

    trabalhando, voc fica comigo? No mame? No ?

  • iv

    AGRADECIMENTOS

    A Deus e a Nossa Senhora, protetora das mes.

    minha me e ao meu pai que me permitiram e sempre me incentivaram a estudar.

    Ao Rodrigo, pelas ajudas tecnolgicas, pelo incentivo, pelo apoio, por boa parte das

    referncias bibliogrficas, por me aturar e por me desestressar.

    Aos amigos Pat (ABS), Deborah (Suporte), Diego (ABS), Astrid (Projemar), Theo (LTS)

    e Adriana (LTS) que nunca me deixaram desistir desta tese.

    amiga Chris (ABS) pelas dicas na fadiga. amiga Claudinha Claro pelas ajudas de

    ltima hora.

    A Tuanjie Liu do ABS Houston, quem s conheo por e-mail, por todas as dicas

    fornecidas e pela ajuda nas normas do ABS.

    Ao meu orientador Theodoro, que no tendo sido apenas o meu amigo Theo, me

    mostrou a sua e a minha capacidade. O meu amigo no me deixou desistir e me

    ajudou no meu tema e o meu orientador me mostrou o trabalho duro a ser feito e

    atravs dele, me fez aprender.

    Aos professores e profissionais com idias e projetos maravilhosos, Srgio Sphaier e

    Tatalo, por sempre terem acreditado e confiado em mim. Embora, infelizmente, eu no

    possa ter seguido a hidrodinmica de vocs.

    Zlia, minha me preta e bab da Giulia, pois se em vrios momentos ela no

    estivesse cuidando e brincando com a Giulia pra mim, eu nunca teria conseguido.

    Aos dias nublados e chuvosos, que me ajudaram a no olhar pela janela e ter vontade

    de sair correndo para a praia!

    Ao meu chefe Pricles, meu casamento de quase 15 anos, meu brao direito e

    exemplo profissional: a voc minha admirao pelo profissional que , sabendo manter

    a tranqilidade no caos, e a voc meus agradecimentos por tudo de profissional neste

    tempo todo e ainda, pessoalmente, por ajudar a minha me a tomar conta de mim.

    Meu sincero muito obrigada, pois sei que para a realizao deste projeto pessoal

    voc foi o maior atingido pela minha ausncia no trabalho. Eu compenso!

    Ao meu irmo Lus Cludio, Engenheiro Florestal, D.Sc. em Produo Vegetal, digo

    assim, um estudioso nato, pelo apoio moral nas minhas horas de maior desespero,

    tentando sem dvida me acalmar: Relaxa... Se Deus tivesse tentado defender uma

    tese de seu grande trabalho (a criao da humanidade), ele teria sido reprovado com

    certeza: ela no tem ttulo, no tem referncias bibliogrficas, no tem ndice, no tem

    sumrio e nem mesmo orientadores ou banca. Pensa assim: se Ele pode ser

    reprovado, voc tambm pode sem vergonha nenhuma.

  • v

    AGRADECIMENTO ESPECIAL

    minha pequena-grande Giulia que com apenas 4 anos teve grande participao

    nesta tese, seja me fazendo companhia nos fins de semana e feriados de pijama,

    seja me ajudando a colorir as referncias bibliogrficas, seja me ajudando a

    datilografar meu texto, seja tendo apenas curtido ou assegurado o fato de eu estar ali,

    o dia todo, sentadinha ao alcance dos olhos dela, ou ainda, seja me mostrando como

    a vida pode ser simples sempre.

    Depois de todos esses meses tentando estudar tudo sobre colapso de dutos rgidos,

    voc, em apenas alguns traos, conseguiu simplificar tudo.

    A voc, Fofinha, meu agradecimento pela sua participao mais do que especial em

    tudo na minha vida.

    Fig.001 Colapso na verso da Giulia

  • vi

    Resumo da Dissertao apresentada COPPE/UFRJ como parte dos requisitos

    necessrios para a obteno do grau de Mestre em Cincias (M.Sc.)

    ANLISE COMPARATIVA DE CRITRIOS DE DIMENSIONAMENTO DE RISERS

    RGIDOS

    Leile Maranho Froufe

    Junho/2006

    Orientador: Theodoro Antoun Netto

    Programa: Engenharia Ocenica

    Os sistemas de risers so constitudos basicamente de tubos que conectam

    uma unidade flutuante a poos no fundo do mar, rvore de natal ou manifolds, e

    transportam leo, gua, gs ou misturas. Durante as fases de instalao e operao,

    os mesmos esto sujeitos a diferentes carregamentos. Tendo em vista estes

    carregamentos, a resistncia dos risers pode ser analisada para os modos de falha de

    ruptura, colapso, propagao de colapso e fadiga. Existem diferentes formulaes em

    diferentes normas para avaliao da resistncia dos risers a estes modos de falha. O

    objetivo desta dissertao avaliar as expresses e os requisitos aplicveis das

    normas existentes, comparando os resultados obtidos atravs das suas formulaes

    com resultados experimentais, analticos e/ou numricos disponveis e com

    formulaes tericas disponveis na literatura. Ao final so propostas estimativas para

    os fatores de segurana e analisadas as discrepncias entre cada norma. Anlises

    so realizadas de forma a avaliar comparativamente o grau de conservadorismo das

    diferentes normas e as incertezas obtidas em cada estimativa proposta.

  • vii

    Abstract of Dissertation presented to COPPE/UFRJ as a partial fulfillment of the

    requirements for the degree of Master of Science (M.Sc.)

    COMPARATIVE ANALYSIS OF DESIGN CRITERIAS FOR RIGID RISERS

    Leile Maranho Froufe

    June/2006

    Advisor: Theodoro Antoun Netto

    Department: Ocean Engineering

    The risers systems are basically formed by tubular elements, which connect the

    floating unity to sub sea wells, christmas trees or manifolds, in order to transport oil,

    water, gas or mixtures. During the installation and operation phases, the risers are

    subject to different types of loads. Aiming these loadings, the riser strength can be

    analyzed for different failure modes, such as collapse, propagation buckle and fatigue.

    There are different formulations in different codes for the evaluation of the risers

    strength with respect to these failure modes. The objective of this thesis is to evaluate

    the expressions and applicable requirements from the existing codes, comparing the

    obtained results with the experimental ones, as well as, the analytical and/or numeric

    ones available in the literature. Additionally, at the end of this study, some safety

    factors are proposed and also some discrepancies among each code are analyzed.

    Analyses are performed in order to compare the conservatism degree among different

    codes and the uncertainty obtained in each proposed estimate.

  • viii

    NDICE

    1 INTRODUO 1 1.1 Objetivo e Importncia da Dissertao 2 1.2 Metodologia 2 1.3 Motivao 3 1.4 Estrutura da Dissertao 4

    2 REVISO BIBLIOGRFICA 5

    2.1 Carregamentos e Modos de Falha 5 2.2 Ruptura 5 2.3 Colapso 9 2.4 Propagao de Colapso 14 2.5 Fadiga 20 2.6 Anlise dos Resultados 24 2.7 Normas 26

    2.7.1 American Bureau of Shipping 26 2.7.2 Det Norske Veritas 29 2.7.3 American Petroleum Institute 33 2.7.4 Comparao entre as Normas 35

    3 RUPTURA 36

    3.1 Introduo 36 3.2 Presso de Ruptura das Normas 37 3.3 Presso de Ruptura obtida