USO DO MÉTODO BOX-BEHNKEN PARA DIMINUIÇÃO DE …

UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE

CENTRO DE TECNOLOGIA

PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA MECÂNICA

USO DO MÉTODO BOX-BEHNKEN PARA

DIMINUIÇÃO DE INCERTEZA DE MEDIÇÃO DA

TÉCNICA DE INSPEÇÃO POR PIG MFL

HEIDER AQUINO COSTA JÚNIOR

NATAL – RN, 2021

UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE

CENTRO DE TECNOLOGIA

PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA MECÂNICA

USO DO MÉTODO BOX-BEHNKEN PARA

DIMINUIÇÃO DE INCERTEZA DE MEDIÇÃO DA

TÉCNICA DE INSPEÇÃO POR PIG MFL


Dissertação apresentada ao Programa

de Pós-Graduação em Engenharia

Mecânica (PPGEM) da Universidade

Federal do Rio Grande do Norte como

parte dos requisitos para a obtenção do

título de MESTRE EM ENGENHARIA

MECÂNICA, orientado pelo Prof. Dr.

José Josemar de Oliveira Júnior.

NATAL – RN

2021

Universidade Federal do Rio Grande do Norte - UFRN Sistema de Bibliotecas - SISBI

Catalogação de Publicação na Fonte. UFRN - Biblioteca Central Zila Mamede

Costa Junior, Heider Aquino.

Uso do Método Box-Behnken para diminuição de incerteza de

medição da técnica de inspeção por PIG MFL / Heider Aquino Costa Junior. - 2021.

64f.: il.

Dissertação (Mestrado) - Universidade Federal do Rio Grande

do Norte, Centro de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em

Engenharia Mecânica, Natal, 2021.

Orientador: Dr. José Josemar de Oliveira Júnior. Coorientador: Dr. Joelton Fonseca Barbosa.

1. PIG MFL - Dissertação. 2. Box-Behnken - Dissertação. 3.

Ultrassom - Dissertação. 4. ZTA - Dissertação. 5. Incerteza de

medição - Dissertação. I. Oliveira Júnior, José Josemar de. II.

Barbosa, Joelton Fonseca. III. Título.

RN/UF/BCZM CDU 621

Elaborado por RAIMUNDO MUNIZ DE OLIVEIRA - CRB-15/429

USO DO MÉTODO BOX-BEHNKEN PARA DIMINUIÇÃO DE

INCERTEZA DE MEDIÇÃO DA TÉCNICA DE INSPEÇÃO POR

PIG MFL


Dissertação aprovada pelo Programa de Pós-Graduação em Engenharia

Mecânica (PPGEM) da Universidade Federal do Rio Grande do Norte

Banca Examinadora da Dissertação

Prof. Dr. José Josemar de Oliveira Júnior ___________________________ Universidade Federal do Rio Grande do Norte – Orientador

Prof. Dr. Joelton Fonseca Barbosa ___________________________

Universidade Federal do Rio Grande do Norte – Coorientador

Prof. Dr. Raimundo Carlos Silvério Freire Junior ___________________________ Universidade Federal do Rio Grande do Norte - Avaliador Interno

Prof. Dr. Hermes Carvalho ___________________________ Universidade Federal do Rio Grande do Norte - Avaliador Externo

NATAL, 26 de fevereiro de 2021.

Dedicatória

Dedico este trabalho aos colegas de profissão que trabalham na integridade

de dutos. Que este trabalho possa ajudar a todos aqueles em que esta pesquisa seja

útil.

Agradecimentos

Agradeço à Deus por ter me dado força para superar as dificuldades nestes

anos como discente, pela minha vida e de todos os meus familiares por termos

sobrevivido a este conturbado ano onde milhares de pessoas perderam suas vidas

devido ao novo, e até então implacável, vírus.

Este trabalho não poderia ser concluído sem a ajuda de diversas pessoas as

quais presto minha homenagem: a minha esposa Joseane, que esteve sempre ao

meu lado, me ajudando no que fosse preciso; aos meus pais, Heider e Rosângela, por

sempre me proporcionar a melhor educação possível, pelo incentivo e amor

incondicional; aos Profs. Joelton Fonseca e José Josemar, pela orientação e apoio na

elaboração deste trabalho e ao meu amigo de trabalho Marcos Aurélio que partilhou

todo seu conhecimento na área de inspeções em dutos.

É difícil agradecer a todas as pessoas que de algum modo fizeram ou fazem

parte da minha vida, por isso agradeço a todos de coração.

“A tarefa não é tanto ver aquilo que ninguém viu, mas pensar o que ninguém

ainda pensou sobre aquilo que todo mundo vê.”

(Arthur Schopenhauer)

JÚNIOR, H. A. C. Uso do Método Box-Behnken para diminuição de incerteza

de medição da técnica de inspeção por PIG MFL. 2021. 64 p. Dissertação de

Mestrado (Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica) - Universidade

Federal do Rio Grande do Norte, Natal-RN, 2021.

Resumo

A inspeção por PIG MGL (Pipeline Inspection Gauge Magnetic Flux Leakage) é

uma das técnicas mais empregadas na inspeção de dutos para detecção de

defeitos de perdas de espessura internas e externas, ocasionadas pelo fenômeno

da corrosão. Embora a técnica seja bastante difundida na indústria, ela traz consigo

uma alta incerteza de medição, fazendo com que alguns defeitos sejam

superdimensionados ou subdimensionados. Este trabalho analisa alguns

parâmetros intrínsecos à técnica MFL, tais como: velocidade de deslocamento do

PIG, nível de magnetização e amplitude de onda do sinal MFL, através do método

estatístico Box-Behnken para expor os fatores que mais influenciam na incerteza

de medição da ferramenta MFL. O estudo foi realizado in loco com 17 amostras,

utilizando a técnica de inspeção de varredura por ultrassom para avaliar a real

condição das perdas de metal. Observou-se que o parâmetro com maior influência

na incerteza de medição é a amplitude de onda, entretanto a combinação dos três

parâmetros mencionados anteriormente, fornece uma melhor resposta na

determinação da incerteza de medição. Um fator significativo é que amplitude de

onda expressa diferentes geometrias para perdas de espessuras localizadas no

corpo do tubo, se comparadas com perdas localizadas na ZTA (Zona

Termicamente Afetada). Isso pode ser explicado pela modificação da estrutura

cristalina do material na ZTA. Desse modo, as rotinas de monitoramento e

inspeções de manutenção em dutos, baseadas na combinação dos três

parâmetros de medição, serão capazes de prevenir a propagação do dano e

melhorar a confiabilidade de toda a rede de dutos e tubulações.

Palavras-chave: PIG MFL, Box-Behnken, ultrassom, ZTA, incerteza de medição.

JÚNIOR, H. A. C. Use of the Box-Behnken Method to decrease measurement

uncertainty in the PIG MFL inspection technique. 2021. 64 p. Master’s

Dissertation in Mechanical Engineering - Federal University of Rio Grande do Norte,

Natal-RN, 2021.

Abstract

PIG MGL (Pipeline Inspection Gauge Magnetic Flux Leakage) disclosure is one of

the most used techniques in the disclosure of pipelines to detect internal and

external losses, caused by the corrosion phenomenon. Although the technique is

widespread in the industry, it brings with it a high definition uncertainty, causing

some defects to be over-dimensioned or under-dimensioned. This work analyzes

some parameters intrinsic to the MFL technique, such as: PIG movement speed,

magnetization level and wave amplitude of the MFL signal, using the Box-Behnken

statistical method to expose the factors that most influence the MFL tool agreement

uncertainty. The study was carried out in loco with 17, using an ultrasound

conduction technique to assess a real condition of metal losses. It was observed

that the parameter with the greatest influence on the measurement uncertainty is a

wave amplitude, however, a combination of the three previous elements, special a

better response in determining the definition uncertainty. A significant factor is that

the wave amplitude expresses different geometries for losses of processing

thicknesses in the tube body, if compared with losses in the TAZ (Thermally

Affected Zone). This can be explained due to the modification of the crystalline

structure of the material in the TAZ. In this way, pipeline monitoring and

maintenance inspection routines, based on the combination of the three agreement

parameters, will be able to prevent damage from spreading and improve the

reliability of the entire pipeline and pipe network.

Keywords: PIG MFL, Box-Behnken, ultrasound, TZA, measurement uncertainty.

Publicações

Esta seção contém artigos publicados pelo autor em revistas e conferências

científicas:

- Conferências Científicas.

1. H.A. Costa Júnior et al. Use of the box-behnken method to decrease

measurement uncertainty in the PIG MFL inspection technique. In: First

International Congress on Structural Integrity and Maintenance, 2021, Belo

Horizonte, Brazil.

Lista de Ilustrações

Figura 1 – Tipos de PIG’s utilizados na limpeza de dutos. .......................................... 6

Figura 2 – Placa calibradora antes da passagem de PIG. .......................................... 7

Figura 3 – Placa calibradora após a passagem de PIG. ............................................. 7

Figura 4 – PIG MFL. .................................................................................................... 8

Figura 5 – Corrosão externa...................................................................................... 10

Figura 6 – Corrosão interna em tubo, concentrada na posição 6h. ........................... 11

Figura 7 – O princípio do teste de corrente de Foucault: Mudança nos padrões de fluxo

dos campos magnéticos que indicam perda de metal. .............................................. 12

Figura 8 – O princípio MFL: A perda de metal causa a fuga do campo magnético para

fora da superfície interior e exterior da tubulação. .................................................... 13

Figura 9 – O princípio de ecos de ultrassom: Determinam a espessura de parede de

tubo através de perdas internas e externas. ............................................................. 15

Figura 10 – Propagação da onda longitudinal. .......................................................... 16

Figura 11 – Propagação da onda transversal............................................................ 16

Figura 12 – Um projeto Box-Behnken para três fatores. ........................................... 18

Figura 13 – Fluxograma das fases do estudo. .......................................................... 20

Figura 14 – Gráfico de velocidade x distância. .......................................................... 24

Figura 15 – Gráfico de nível de magnetização x distância. ....................................... 25

Figura 16 – Localização e escavação de vala. .......................................................... 27

Figura 17 – Remoção do revestimento externo para localização de defeito. ............ 28

Figura 18 – Equipamento ultrassônico fixo à parede externa do duto ....................... 29

Figura 19 – Amplitude MFL - Defeito 1. ..................................................................... 33

Figura 20 – Amplitude MFL - Defeito 6. ..................................................................... 34

Figura 21 – Sinais A-Scan – Defeito 1. ..................................................................... 35

Figura 22 – Comparação do modelo previsto versus o resultado atual. .................... 37

Figura 23 – Gráfico de superfície 3D (Valor de ponto médio da amplitude de onda).39

Figura 24 – Gráfico de superfície 3D (Valor máximo da amplitude de onda). ........... 40

Figura 25 – Gráfico de Cubo Resposta. .................................................................... 41

Lista de Tabelas

Tabela 1 – Dados e fatores. ...................................................................................... 22

Tabela 2 – Dados geométricos do duto para conversão de valores. ......................... 26

Tabela 3 – Conversão de unidades de tempo para milímetros. ................................ 26

Tabela 4 – Média e desvio padrão dos parâmetros de análise. ................................ 31

Tabela 5 – Valores máximos, médios e mínimos dos parâmetros de análise. .......... 31

Tabela 6 – Parâmetros para o projeto Box-Behnken. ............................................... 32

Tabela 7 – Dados ultrassônicos e MFL. .................................................................... 35

Tabela 8 – Análise de Variância. ............................................................................... 36

Tabela 9 – Resumo das perdas de metal e das incertezas de medição ................... 43

Lista de abreviaturas e siglas

PIG Pipeline Inspection Gauge

MFL Magnetic Flux Leakage

GEO Geométrica

USA Ultrassom automatizado

Lista de símbolos

𝑉: velocidade do som (m/s)

𝑓: frequência (ciclo/s = Hz = 1/s)

𝛾: comprimento de onda (m)

𝑉𝐿: Velocidade da onda longitudinal (m/s)

𝑉𝑇: Velocidade da onda transversal (m/s)

𝐸: Módulo de elasticidade (kg/ms²)

𝜇 : Coeficiente de Poisson

𝐺: Módulo de rigidez (kg/ms²)

𝜌: Massa específica (kg/m³)

𝑘: Número de fatores ou variáveis independentes

𝐶0: Números de pontos centrais

𝑁: Número de amostras

𝑃𝑖𝑠: Valor real

𝑃𝑖0: Valor experimental

�̅�: Média

𝑆: Desvio padrão

𝑥𝑖: Valores individuais

𝑁𝑣: Número total de valores

𝑛: Quantidade de dados

SUMÁRIO

1 INTRODUÇÃO ......................................................................................................... 1

1.1 OBJETIVO GERAL ............................................................................................. 3

1.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS .............................................................................. 3

2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA .................................................................................... 4

2.1 DUTOS ............................................................................................................... 4

2.2 UTILIZAÇÃO DO PIG ......................................................................................... 5

2.3 MECANISMOS DE FALHAS .............................................................................. 9

2.4 CORROSÃO EXTERNA ................................................................................... 10

2.5 CORROSÃO INTERNA .................................................................................... 11

2.6 TESTE DE CORRENTE DE FOUCAULT ......................................................... 11

2.7 TESTE DE VAZAMENTO DE FLUXO MAGNÉTICO ....................................... 13

2.8 ENSAIO POR ULTRASSOM ............................................................................ 14

2.9 PLANEJAMENTO BOX-BEHNKEN .................................................................. 17

3 METODOLOGIA .................................................................................................... 20

3.1 COLETA DE PARÂMETROS DOS DEFEITOS PARA ANÁLISE ..................... 21

3.2 PROCEDIMENTO DE COLETA DOS PARÂMETROS DOS DEFEITOS PARA

ANÁLISE ................................................................................................................. 26

3.2.1 Inspeção por ultrassom......................................................................... 28

3.3 ANÁLISE DO VALOR QUADRÁTICO MÉDIO ................................................. 29

3.4 ANÁLISE BOX-BEHNKEN ............................................................................... 30

4 RESULTADOS E DISCUSSÕES ........................................................................... 33

4.1 FIGURAS DAS AMPLITUDES DE ONDAS MAGNÉTICAS DO PIG MFL ........ 33

4.2 FIGURAS DOS SINAIS A-SCAN DAS INSPEÇÕES POR ULTRASSOM ........ 34

4.3 SOFTWARE EXPERT 11 ................................................................................. 36

5 CONCLUSÕES ...................................................................................................... 44

REFERÊNCIAS ......................................................................................................... 48

ANEXO A .................................................................................................................. 53

ANEXO B .................................................................................................................. 56

1

1 INTRODUÇÃO

Ao longo da história da cadeia produtiva de petróleo, gás natural e outros

derivados, necessitava-se de algum equipamento que fizesse a interligação entre as

instalações de produção marítimas ou terrestres com as refinarias. Para solucionar

este problema, que geralmente envolvia vários quilômetros de extensão, foi

desenvolvido o sistema de malha de dutos, que é simplesmente a união de vários

tubos soldados, rosqueados, flangeados etc. Os dutos sanaram o problema de

escoamento do fluido de trabalho, e até hoje, não existe uma maneira tão eficiente

para transportar o petróleo bruto para as refinarias. (HEO et al., 2020)

O material mais empregado na fabricação de tubos é o aço carbono,

principalmente em escoamentos de petróleo e seus derivados, porém a corrosão é o

mecanismo mais prejudicial deste tipo de material, uma vez que, quando não existe o

controle adequado da evolução do processo corrosivo, pode ocorrer grandes

vazamentos ou acidentes de proporções incomensuráveis. (MARTINEZ et al., 2019)

Com o passar dos anos, se fez necessário inspecionar e monitorar os dutos,

pois sabe-se da existência de mecanismos de corrosão que estão ocorrendo em seu

interior. Estes mecanismos fazem com que ocorra a perda de espessura de parede

do tubo que pode resultar em furo com consequente vazamento, perdas de produção,

poluição ambiental e perdas econômicas no geral. Para que isto não aconteça, é

imprescindível realizar inspeções periódicas para que se tenha uma boa avaliação da

integridade do duto. Na inspeção, é fundamental que um equipamento se desloque

por toda a sua extensão e meça as perdas de metal existentes na linha. De posse

destas informações, é possível obter um retrato das condições de integridade do duto.

(EGE e CORAMIK, 2018)

Existem diversas técnicas de ensaios não destrutivos (NDE) para inspeção de

dutos, dentre elas: varredura por ultrassom, corrente de Foucault, vazamento de fluxo

magnético, ruído magnético de Barkhausen, tomografia magnética, entre outras.

Todavia a técnica mais difundida para este tipo de inspeção é a de vazamento de fluxo

magnético e a ferramenta utilizada é a Pipeline Inspection Gauge Magnetic Flux

Leakage (PIG MFL). Esta técnica registra defeitos através de sensores magnéticos

que detectam a fuga do campo magnético produzida por ímãs ou bobinas que

2

magnetizam a espessura de parede, conforme perturbação das linhas magnéticas

geradas. (KIM e PARK, 2017)

Um fator importante para elucidação, é que o PIG MFL tem altas incertezas

de medição, estas são apresentadas na Ficha de Dados da Ferramenta, fornecida

pela empresa. Dessa forma, as dimensões reportadas pelo PIG MFL podem ser mais

conservadoras ou mais críticas, dependendo do uso da incerteza de medição para

mais ou para menos.

As altas incertezas associadas ao PIG se dão devido ao dimensionamento

das anomalias serem realizadas de maneira indireta. Existem diversos modelos

preconizados teoricamente, os quais relacionam o comportamento das linhas do

campo magnético com as dimensões de profundidade, comprimento e largura de uma

perda de espessura confeccionada previamente, em seguida realizam-se medidas

empíricas armazenando os sinais em bancos de dados para confrontação dos

resultados. (PHAM et al., 2018)

De maneira antagônica, a técnica de inspeção por ultrassom realiza medições

diretas, por essa razão, as medições realizadas por esta técnica, retratam fielmente a

situação real das perdas de metal identificadas em um duto, porém ela pode ter

problemas na distinção entre laminações, localizadas internamente à espessura de

parede, em comparação com defeitos externos. Sintetizando, cada técnica tem

vantagens e desvantagens que devem ser avaliadas previamente antes da inspeção.

(POPLE, 2003)

No entanto, a inspeção por PIG ultrassônico requer duas condições que estão

diretamente associadas à realização da inspeção. A primeira delas, é um nível

aceitável de limpeza interna do duto. O segundo requisito, é a necessidade de um

meio líquido de acoplamento entre o transdutor, que emite ecos ultrassônicos, e a

parede interna do duto. A velocidade de propagação das ondas ultrassônicas é

caracterizada de acordo com o fluido acoplante. (PIAO et al., 2019)

Em consequência das circunstâncias necessárias para a inspeção por PIG

ultrassônico, o duto deve ter sua produção interrompida até a finalização da inspeção,

dado que, na grande maioria dos fluidos transportados, não há uma garantia de

padronização da velocidade de propagação da onda ultrassônica devido a sua

heterogeneidade.

3

Geralmente, a técnica ultrassônica é utilizada nas correlações de defeitos

pontuais registrados pelo PIG MFL, ou para dutos com pouca vida remanescente

devido ao processo corrosivo generalizado.

Sabe-se que existe um problema crônico em dutos submarinos na realização

de correlações de defeitos pontuais em trechos submersos. Isso se dá, devido à

grande dificuldade de localização do defeito e aos elevados gastos com embarcações,

profissionais qualificados e materiais especiais para o procedimento, e dependendo

da quantidade de defeitos, os custos podem chegar à 10 vezes mais, se comparados

com uma inspeção por PIG MFL.

Haja vista que, a integridade dos dutos é de fundamental importância para

que se tenha um processo seguro e que a sua monitoração tenha uma periodicidade

equivalente às respostas obtidas, através das técnicas de inspeções utilizadas, é de

suma importância entender estatisticamente os parâmetros que mais influenciam a

incerteza de medição da técnica MFL.

Para isso, o uso de uma Metodologia de Superfície de Resposta é essencial

para o estudo.

1.1 OBJETIVO GERAL

Analisar a influência dos parâmetros de velocidade, amplitude de onda do

sinal MFL e nível de magnetização da ferramenta, e estudar quais são os parâmetros

que mais influenciam o erro entre as técnicas MFL e ultrassônica.

1.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS

Os objetivos específicos deste trabalho são:

Identificar a influência das características dos defeitos e classificá-los em

ordem de prioridade;

Verificar e identificar quais parâmetros influenciam mais na incerteza de

medição da técnica MFL;

Otimizar o dimensionamento da profundidade das perdas de espessura;

Identificar possíveis melhorias para o estudo.

4

2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

Este capítulo tem como objetivo conceber e abordar todos os conceitos

relevantes ao estudo em pauta. Dentre eles, tem-se o processo operacional de

transporte de fluido em um duto, os mecanismos de perda de metal, os equipamentos

utilizados na inspeção interna de dutos (PIG – Pipeline Inspection Gauge), o princípio

de funcionamento das técnicas de inspeção MFL e ultrassônica, além de apresentar

a metodologia de superfície de resposta Box-Behnken.

2.1 DUTOS

O duto é definido como uma estrutura composta por vários tubos conectados,

o qual tem como principal função o escoamento de fluidos, entre unidades produtivas

ou de refino que estejam localizadas em locais diferentes. (REGULAMENTO

TÉCNICO ANP Nº2, 2011)

Nos dutos existem dois tipos de escoamentos, estes são classificados como:

condutos fechados ou condutos abertos. A principal diferença entre os escoamentos

é que nos condutos fechados toda a superfície da seção transversal é tomada pelo

fluido, e o fluido escoado é exclusivamente empurrado por diferença de pressão. Já

nos condutos abertos, existem superfícies da seção transversal que estão livres da

ação do fluido e o escoamento se dá através da gravidade. (ÇENGEL; CIMBALA,

2015)

O exemplo que será tratado nesta dissertação, fará referência ao conceito de

condutos fechados, dado que, o fluido ocupa toda a seção transversal do duto, o qual

é uma característica intrínseca das malhas de produção petrolíferas.

O material mais empregado na fabricação de tubos e consequentemente dos

dutos, é o aço carbono. Hoje em dia, os aços continuam a ser os materiais mais

utilizados na produção de tubos em todo o mundo, devido às suas propriedades

mecânicas. (TELLES, 2012)

É relevante salientar que as indústrias de processos estão gradativamente

utilizando metais com melhores propriedades mecânicas, por esse motivo, adquire-se

espessuras de parede cada vez menos espessas, em consequência ficam mais leves,

5

possuem maior resistência às pressões internas e externas, além de uma maior

simplicidade na fabricação e montagem. (PEREIRA et al., 2012)

As tubulações têm grande importância no processo produtivo das indústrias,

visto que, a extração e o fornecimento do fluido produzido são de total incumbência

da malha de dutos, que está distribuída entre os reservatórios, poços de produção,

plataformas, navios-plataforma e assim por diante. Geralmente as redes de produção

cruzam áreas populacionais, urbanas, agrícolas, de proteção ambiental e pequenas

comunidades. Isso faz com que estes locais estejam sujeitos a vazamentos e

derramamentos de produtos químicos, logo, é imprescindível determinar medidas

preventivas para o gerenciamento de fragilidades nas áreas de produção. (CANTÚ et

al., 2011)

Os dutos podem ser classificados como pigáveis e não-pigáveis. O termo

pigável caracteriza se um PIG de limpeza ou um PIG instrumentado pode ser lançado

no duto com o propósito de limpar ou inspecionar, respectivamente, sem

impedimentos. Normalmente o duto precisa atender no mínimo três requisitos: a

presença de lançador e recebedor de PIG com dimensões adequadas, atendimento

às normas internacionais de projeto de tubulação e os parâmetros operacionais

adequados, como: vazão, pressão e tipo do fluido. (BELLER; STEINVOORTE;

VAGES, 2015)

As palavras “pipe” ou “tube” são utilizadas em países de língua estrangeira,

mas não há uma diferenciação bem definida entre estes termos. Via de regra, “tube”

é utilizado para tubos de trocadores de calor, serpentinas, fornos e caldeiras. Já “pipe”

é quando a função primordial do tubo é escoar um fluido de um local para outro.

(TELLES, 2012)

2.2 UTILIZAÇÃO DO PIG

O PIG é uma ferramenta utilizada em oleodutos ou gasodutos de qualquer

diâmetro, as suas principais finalidades são: efetuar a limpeza interna, para impedir a

formação de depósitos, conferir geometria interna, externa e avaliar a espessura de

parede dos dutos. A composição substancial de um PIG é um esqueleto de aço dotado

de elementos de vedação, geralmente fabricados em material polimérico. Com relação

à movimentação do PIG no duto, o próprio fluido de trabalho é responsável por

6

conduzi-lo por toda a extensão do duto, através da pressão diferencial de operação.

(ZHANG et al., 2017)

Segue abaixo na Figura 1 os principais PIG’s utilizados na limpeza de dutos.

Figura 1 – Tipos de PIG’s utilizados na limpeza de dutos.

Fonte: Adaptação do catálogo da empresa: China Petroleum Pipeline Inspection

Technologies (2007, p. 28).

Os PIG’s de espuma, copo, escova, disco e magnético, são destinados para a

limpeza dos dutos, retirando qualquer tipo de sujeira como parafina, incrustações ou

qualquer outro tipo de sedimentos.

Os PIG’s de disco e copo, além da função de limpeza, servem para averiguar

se um duto pode ou não ser submetido a um PIG instrumentado. Para isso, é instalada

uma placa calibradora que tem a função de revelar restrições internas que

impossibilitem a passagem de PIG instrumentado. Verificar as Figuras 2 e 3 que

mostram uma placa antes e após passagem de PIG de disco.

7

Figura 2 – Placa calibradora antes da passagem de PIG.

Fonte: Próprio autor.

Figura 3 – Placa calibradora após a passagem de PIG.


Quando os PIG’s têm o propósito de coletar as informações pertinentes à

situação de integridade do duto, estes são chamados de PIG’s de inspeção,

projetados para inspecionar conforme tecnologia empregada. As técnicas mais

utilizadas neste tipo de inspeção são: MFL, corrente de Foucault, ruído magnético de

Barkhausen, GEO (Geométrica) e USA (Ultrassom). (EGE; CORAMIK, 2018)

8

Figura 4 – PIG MFL.

Fonte: Adaptação de figura, Walker (2010, p. 32)

É possível identificar na parte central do PIG MFL, ilustrado na Figura 4, a

localização dos sensores que registram a fuga das linhas que compõem o campo

magnético, isto ocorre, pela identificação de descontinuidades na parede do tubo, que

pode ser, dentre outras coisas, uma perda de metal. Na parte interna do PIG

encontram-se as baterias e toda a eletrônica embarcada. Os magnetos, localizados

ao lado dos sensores, são responsáveis pela saturação magnética da parede do duto,

como também pela geração do fluxo do campo magnético. Os copos em azul são

responsáveis pela vedação entre o equipamento e a parede do duto, visto que, o

próprio fluido de trabalho é o responsável pela locomoção do PIG MGL dentro do duto.

Por fim, existem os hodômetros, os quais estão instalados na parte final da ferramenta,

estes servem para registrar o seu deslocamento. (WALKER, 2010)

Para garantir a integridade dos oleodutos e gasodutos é de primordial

importância a inspeção por PIG, uma vez que, toda a extensão será compreendida na

inspeção e haverá um retrato geral da sua situação. Por outro lado, a realização de

inspeções pontuais em um determinado defeito, torna a operação muito onerosa,

especialmente em dutos extensos, além de se ter somente uma amostra da situação

daquele trecho específico, deixando-se de tomar ações no restante da linha, por

desconhecimento e falta de dados.

9

Apesar de existirem várias técnicas de inspeção por PIG, a mais difundida é

a por PIG MFL.

Nas ferramentas modernas, a aquisição de dados ocorre a cada 2 ou 3 mm

de deslocamento da ferramenta, sendo que, a cada passo são coletados dados em

diversos pontos da circunferência do tubo. As ferramentas de inspeção do tipo PIG

utilizadas regularmente são os PIG’s geométricos e de detecção de corrosão. Os

PIG’s geométricos se destinam a indicar características como amassamentos,

reduções de diâmetros, curvas e outras anomalias geométricas presentes na parede

dos dutos e os PIG’s de detecção de corrosão se destinam a indicar e medir perdas

volumétricas de material na parede dos dutos. Os PIG’s de detecção de corrosão mais

utilizados na inspeção de dutos são: os PIG’s de ultrassom e os PIG’s MFL. Os PIG’s

de ultrassom têm um princípio físico mais robusto, porém possuem algumas restrições

operacionais, por exemplo, não podem operar com gás ou líquidos de propriedades

desconhecidas ou não homogêneas. Por causa disso, a grande maioria das inspeções

com PIG utiliza a técnica MFL. (PROTRAN PT - 111.01.10608, 2016)

2.3 MECANISMOS DE FALHAS

Sabe-se que existem diversos tipos de mecanismos que podem ocasionar a

falha ou colapso do duto, como: corrosão, erosão, fadiga, abrasão e atrito de materiais

sólidos com a parede interna do duto, contudo, o mecanismo que predomina nas

linhas que escoam petróleo bruto, água e outros fluidos não especificados, é a

corrosão eletroquímica.

A corrosão é um fenômeno que ocorre com todos os materiais, sejam eles quais forem. A madeira em decomposição apresenta um fenômeno de degradação biológica que pode ser chamado de corrosão. O açúcar sofre corrosão ao ser colocado na água. Os seres vivos, incluindo o homem, estão constantemente sofrendo o lento e gradual processo corrosivo do tempo liderado pelos agentes oxidantes do corpo, os chamados radicais livres (JAMBO, 2008, p.3).

O processo de corrosão eletroquímica se dá entre as regiões anódica e

catódica, sendo que na região anódica ocorre a oxidação do material exposto a uma

solução aquosa. Em contrapartida, na região catódica ocorrem as reações de

redução. (PELLICCIONE et al., 2012)

10

2.4 CORROSÃO EXTERNA

O mecanismo de corrosão externa ocorre na parte superficial do duto fazendo

com que a deterioração se dê através de uma reação eletroquímica com o solo ou o

meio corrosivo, no qual o equipamento está exposto, este processo ocorre

espontaneamente, podendo causar vários acidentes graves na unidade operacional.

(VITALLER; ANGST; ELSENER, 2020)

Em alguns dutos a proteção externa é desempenhada por revestimento e/ou

por proteção catódica. Na proteção catódica há uma corrente impressa, encarregada

de manter o potencial elétrico do duto em níveis aceitáveis de conformidade, este

sistema é composto por retificadores e ânodos; o principal propósito é manter o

material com o potencial negativo em relação ao meio corrosivo. (CARO; LÓPEZ;

BARAJAS, 2016)

Nos casos dos dutos que não possuem nenhum tipo de proteção externa, a

exposição ao ar úmido, a atmosfera salina, ao solo úmido e a água são os principais

agentes do aumento desenfreado da corrosão externa. Na Figura 5 é possível

identificar um processo corrosivo.

Figura 5 – Corrosão externa.

Fonte: Walker (2010, p. 8)

11

2.5 CORROSÃO INTERNA

A corrosão interna é muito perigosa para dutos que transportam fluidos

contendo água, dado que, o processo corrosivo mais comum neste tipo de ambiente

é a corrosão generalizada. À vista disso, toda a extensão do duto que transporta o

fluido de trabalho será afetada em quase toda sua totalidade, condenando a

integridade do duto, dependendo do estágio de perda de metal registrado.

A corrosão interna, geralmente, é causada pela natureza intrinsecamente corrosiva do meio transportado ou seu teor de água, por exemplo, devido à condensação ou separação de água misturada no meio. Os efeitos podem ser acelerados em áreas de alta temperatura. (WALKER, 2010, p. 8).

Na Figura 6 é possível notar a concentração de corrosão na posição 6h, na

qual se localiza a geratriz inferior de um tubo. O tipo de corrosão é generalizada e

severa.

Figura 6 – Corrosão interna em tubo, concentrada na posição 6h.

Fonte: Walker (2010, p. 10)

2.6 TESTE DE CORRENTE DE FOUCAULT

Para entender como funciona a técnica de inspeção MFL, é necessário

conhecer o teste de corrente de Foucault, o qual é a base do fenômeno da fuga de

campo magnético que ocorre na inspeção por PIG MFL.

12

A principal finalidade do teste é identificar imperfeições em um determinado

material condutor utilizado no ensaio. De uma forma sucinta, o método é caracterizado

pela indução de uma corrente em uma superfície, através de uma bobina que está

próxima ao material ao qual vai ser realizado o ensaio, esta conduz uma corrente

alternada, consequentemente, a corrente alternada cria um campo magnético, e neste

momento a corrente de Foucault é gerada. Existe uma outra bobina que é responsável

por acompanhar algumas alterações nos parâmetros elétricos e magnéticos da

corrente de Foucault e também da corrente gerada pela bobina principal. O fenômeno

pode ser melhor compreendido visualizando a Figura 7. (KIM; LEE, 2012)

Figura 7 – O princípio do teste de corrente de Foucault: Mudança nos padrões de fluxo dos

campos magnéticos que indicam perda de metal.


A geometria do defeito e as tensões mecânicas são capazes de modificar a

estrutura microscópica do material, por consequência, os parâmetros de

permeabilidade magnética e da condutividade elétrica são alterados, modificando o

comportamento da corrente de Foucault. (CACCIOLA et al., 2007)

O teste de corrente de Foucault pode ser usado para inspecionar formas fisicamente complexas e para detectar pequenas fissuras na superfície ou perto da peça de teste. As superfícies inspecionadas precisam apenas de

13

uma pequena preparação e não precisam estar perfeitamente limpas. A técnica também é utilizada para medir a condutividade elétrica e a espessura

dos revestimentos (WALKER, 2010, p. 25 e 26).

2.7 TESTE DE VAZAMENTO DE FLUXO MAGNÉTICO

O uso do teste de vazamento de fluxo magnético é o método mais utilizado

nos dias de hoje nas inspeções por PIG. Este método tem bastante eficácia na

detecção de indicações de perda de metal por corrosão, posto que, qualquer alteração

na espessura de parede afeta diretamente a perturbação das linhas de campo

magnético geradas pelos imãs que compõem o PIG. No momento em que ocorre a

fuga de campo magnético, isto indica a presença de anomalias, associadas a perdas

de metal interna ou externa. É possível visualizar este fenômeno na Figura 8.

(CARVALHO et al., 2006)

Figura 8 – O princípio MFL: A perda de metal causa a fuga do campo magnético para fora

da superfície interior e exterior da tubulação.


Existem vários sensores Hall que detectam as fugas do campo magnético,

proveniente de imperfeições próximas do sensor. Estes ficam localizados entre os dois

polos de um íman. Os sensores MFL instalados no equipamento tem que varrer toda

a circunferência do duto inspecionado, independente do seu diâmetro nominal. Para

melhorar a acuracidade da ferramenta, o campo magnético aplicado no tubo deve

14

saturar completamente a espessura de parede, até que as linhas do campo magnético

fiquem bastante próximas umas das outras, logo, para proporcionar uma alta

permeabilidade magnética é necessário que os imãs sejam especiais. (KIM; PARK,

2017)

Ao realizar uma inspeção por PIG MFL (Pipeline Inspection Gauge Magnetic

Flux Leakage) a força magnética gerada pelos imãs está alinhada, através de uma

reta, entre os sensores hall e a espessura de parede, entretanto, quando se têm

trechos curvos, a força magnética terá direções anguladas, ocasionando um aumento

significativo da força magnética, isto pode provocar o aprisionamento da ferramenta

no duto. (KIM; YOO; PARK, 2018)

É relevante destacar que a medição realizada pela técnica MFL é indireta.

Isso quer dizer que não existe um ou mais parâmetros quantitativos que determinem

qual é a profundidade, comprimento e largura de uma anomalia registrada pela

técnica.

A medição indireta é uma correlação de ensaios realizados em laboratório

entre anomalias criadas artificialmente com as anomalias registradas na inspeção em

si (defeito real).

No ensaio realizado em laboratório, um tipo de defeito é caracterizado

conforme seu volume, ou seja, sua profundidade, comprimento e largura;

posteriormente obtém-se alguns parâmetros, como o comportamento da onda

magnética, nível de magnetização empregado, dentre outros. Em seguida estas

informações combinadas constituem uma “assinatura” de cada defeito, que são

lançadas em um banco de dados para comparação posterior com as informações

registradas em uma inspeção real.

2.8 ENSAIO POR ULTRASSOM

O ensaio por ultrassom é um método não destrutivo, no qual um feixe sônico de alta frequência é introduzido no material a ser inspecionado com o objetivo de detectar descontinuidades internas e superficiais. O som que percorre o material é refletido pelas interfaces e é detectado e analisado para determinar a presença e localização de descontinuidades. (SANTIN, 2003, p. 5).

Na técnica de ensaio por ultrassom, um transdutor emite uma onda

ultrassônica, esta percorre um líquido chamado de meio de acoplamento ou

acoplante. Em seguida, percorre a espessura do material e por fim são refletidas e

15

registradas pelo receptor. (Figura 9). A distância calculada, está inteiramente ligada

ao tempo que as ondas ultrassônicas levam para ir até o limite da superfície externa

do material e voltarem para o receptor. (GUDRA et al., 2017)

Figura 9 – O princípio de ecos de ultrassom: Determinam a espessura de parede de tubo

através de perdas internas e externas.

Fonte: Adaptação de figura, Walker (2010, p. 28).

No ensaio por ultrassom a medição é direta e não existe nenhum tipo de

incerteza de medição da ferramenta, uma vez que, a dinâmica de propagação de

ondas ultrassônicas é bem descrita por equações diferenciais conhecidas, isto faz

com que o tempo de propagação de uma onda em um meio homogêneo seja bem

especificada. A velocidade de propagação das ondas depende somente das

propriedades do meio, já as propriedades das ondas não interferem em nada na sua

velocidade. (LALOS et al., 2016)

Os conceitos para determinação dos parâmetros das ondas são perfeitamente

aplicáveis às ondas ultrassônicas, desse modo, tem-se a Equação 1.

𝑉 = 𝑓 𝑥 𝛾 (1)

𝑉: velocidade do som (m/s)

𝑓: frequência (ciclo/s = Hz = 1/s)

𝛾: comprimento de onda (m)

16

O comportamento das ondas ultrassônicas é idêntico às ondas sonoras, por

se tratarem, ambas, de ondas mecânicas.

Os principais tipos de ondas empregadas na inspeção de materiais metálicos

são as ondas longitudinais e transversais. As ondas longitudinais são chamadas de

ondas de compressão, visto que, elas se movimentam em locais alternados de

compressão e rarefação. Nestes locais as partículas transmitem a vibração sempre

obedecendo o sentido de propagação da onda (Figura 10). Por outro lado, nas ondas

transversais, as partículas se movem perpendicularmente no sentido de propagação

da onda. Elas são conhecidas como ondas de corte (Figura 11). (SANTIN, 2003)

Figura 10 – Propagação da onda longitudinal.

Fonte: Santin (2003, p. 12).

Figura 11 – Propagação da onda transversal.

Fonte: Santin (2003, p. 13).

Para cada tipo de matéria ou do tipo de onda, o som tem uma velocidade

constante. Os termos utilizados para determinar a velocidade do som, são: a massa

17

específica, o módulo de elasticidade, o coeficiente de Poisson e o módulo de rigidez

do material, conforme apresentado nas Equações 2 e 3.

Ondas longitudinais

𝑉𝐿 = √𝐸(1 − 𝜇)

𝜌(1 + 𝜇)(1 − 2𝜇) (2)

Ondas transversais

𝑉𝑇 = √𝐺

𝜌 (3)

𝑉𝐿: Velocidade da onda longitudinal (m/s)

𝑉𝑇: Velocidade da onda transversal (m/s)

𝐸: Módulo de elasticidade (kg/ms²)

𝜇 : Coeficiente de Poisson

𝐺: Módulo de rigidez (kg/ms²)

𝜌: Massa específica (kg/m³)

Um dos modelos gráficos mais empregados para visualização dos resultados

de uma inspeção utilizando a técnica por ultrassom, é a representação gráfica C Scan,

que nada mais é que o mapeamento das espessuras em uma escala pré-determinada

de cores. As cores mais escuras indicam que a espessura é maior. Em contrapartida,

nas cores mais claras indicam uma espessura baixa (SANTIN, 2003).

2.9 PLANEJAMENTO BOX-BEHNKEN

Um dos modelos de superfície de reposta mais utilizados no mundo é o

Planejamento Box-Behnken, devido a sua ampla empregabilidade em processos

experimentais que desejam um aprimoramento em seus resultados. Muitas das vezes

obtêm-se respostas acima das expectativas, em virtude da combinação de parâmetros

analisados nos dados de entrada. (KAISER, 2013)

18

Esta metodologia pode ser uma interessante ferramenta para identificar os

parâmetros que podem diminuir os erros provenientes de vários fatores que afetam o

resultado final na análise de um experimento.

Uma das Metodologias de Superfície de Resposta mais tradicionais para métodos de projeto experimentais é o Projeto Box-Behnken. Como um dos RSM clássicos métodos de projeto experimental, o projeto Box-Behnken (BBD) é com base em desenhos fatoriais parciais de três níveis e seus pontos experimentais estão localizados em uma hipersfera equidistante do ponto central. (LI; FANG; YOU, 2013)

Basicamente o planejamento Box-Behnken é um projeto rotativo, onde é

necessário que todas as variáveis independentes envolvidas na análise tenham três

níveis para cada fator e estes valores devem ser ordenados de forma igual, em

comparação com o ponto médio. Este planejamento apresenta uma particularidade,

as combinações resultantes da abordagem de análise localizam-se no centro do cubo

e no centro das arestas do ponto central, conforme Figura 12. (NIST/SEMATECH,

2020)

Figura 12 – Um projeto Box-Behnken para três fatores.

Fonte: Nist/Sematech (2020, p. 1366).

A geometria deste modelo sugere uma esfera dentro de um cubo, de modo

que a superfície da esfera se projete na interseção com as superfícies do cubo,

ocasionando o tangenciamento da esfera com cada ponto médio do cubo.

(NIST/SEMATECH, 2020, p. 1366)

As principais características deste modelo de superfície é requerer o número

total de experimentos e a quantidade de pontos centrais. É importante elucidar que

19

cada variável tem 3 fatores, que são: mínimo, médio e máximo, estes obedecem a um

desvio padrão preestabelecido.

Um ponto significativo para destacar a superioridade do planejamento Box-

Behnken com outros métodos, é realizando um confronto direto entre métodos. Um

outro modelo de superfície de resposta bastante utilizado em pesquisas, é o método

fatorial. Comparando os dois modelos tem-se que o planejamento Box-Behnken

necessita de um número bem menor de experimentos, tornando-o bem mais

econômico, além de trazer bem menos resíduo na análise experimental. (BEZERRA

et al, 2008)

A equação que define o número de experimentos necessários para

desenvolver uma resposta satisfatória em um modelo Box-Behnken foi desenvolvida

pelos pesquisadores Aslan & Cebeci (2007) (Equação 4).

𝑁 = 2𝑘 (𝑘 − 1) + 𝐶0 (4)

𝑘: Número de fatores ou variáveis independentes

𝐶0: Números de pontos centrais

20

3 METODOLOGIA

Este capítulo tem como objetivo apresentar as fases de realização deste

estudo, retratando os aparelhos e métodos empregados em todas as etapas do

processo. As principais fases da pesquisa foram divididas em três. A primeira foi

identificar e coletar os parâmetros de detecção e dimensionamentos dos defeitos mais

críticos de uma inspeção por PIG MFL, realizada em um duto de 26 polegadas de

diâmetro nominal, com três espessuras de paredes diferentes: 8,74; 11,13 e 12,23

mm, e analisar as incertezas de medição associadas a elas. A segunda fase, e mais

complexa, consistiu em planejar a localização dos defeitos pré-determinados na

inspeção por PIG MFL e definir a programação das inspeções por ultrassom

automatizado, verificando de fato qual a profundidade de perda de metal real da

espessura de parede do duto. Por fim, de posse de todos os dados necessários para

investigar quais os fatores têm mais influência no dimensionamento das anomalias,

fez-se o estudo estatístico utilizando o planejamento Box-Behnken.

Figura 13 – Fluxograma das fases do estudo.

21

3.1 COLETA DE PARÂMETROS DOS DEFEITOS PARA ANÁLISE

A quantidade de defeitos foi pré-determinada de acordo com a Equação 4 e o

resultado obtido foi de 17 amostras, visto que, a quantidade de pontos centrais foram

cinco e o número de fatores independentes foram 3. Com isso, foram selecionados os

defeitos mais críticos, além de selecionar trechos retos, onde existisse a possibilidade

da realização de inspeção por ultrassom automatizado, dado que, o instrumento

utilizado para inspeção necessita de um espaço mínimo de 500 mm. Dessa forma,

não deve existir nenhum tipo de conexão ou instrumento próximo ao defeito a ser

inspecionado.

A especificação do material do duto é um aço API 5LX65. Este aço contém

boas propriedades de resistência mecânica, entretanto, não tem nenhum tipo de

proteção contra o processo corrosivo.

A coleta dos dados foi dividida em duas seções. A primeira foram os dados

referentes à sua localização hodométrica e a espessura de parede. A segunda seção

foram os dados pertencentes aos parâmetros que afetam diretamente a profundidade

das anomalias (Tabela 1)

.

22

Tabela 1 – Dados e fatores.


LEGENDA:

CORPO: Defeitos localizados no corpo do tubo.

ZTA: Defeitos localizados na zona termicamente afetada.

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17

Hodômetro (m): 43510,788 42156,024 34044,508 44414,473 53620,258 51352,041 29016,463 28791,669 47819,827 48620,767 48865,846 28552,411 52491,733 53286,685 52316,942 53121,791 34044,508

Espessura (mm): 8,74 8,74 11,13 8,74 8,74 8,74 12,23 11,13 8,74 8,74 8,74 11,13 8,74 8,74 8,74 11,13 11,13

Localização (corpo / ZTA): ZTA ZTA CORPO ZTA ZTA CORPO ZTA ZTA ZTA ZTA ZTA CORPO CORPO CORPO CORPO CORPO CORPO

Velocidade média (m/s) 1,30 1,30 1,05 1,25 1,30 1,35 1,00 1,05 1,35 1,40 1,30 1,05 1,45 1,40 1,25 1,45 1,05

Nível de magnetização (KA/m): 21,9 21,8 17,8 21,8 22,2 21,9 17,0 18,4 21,8 21,5 22,0 19,1 21,8 22,1 21,8 18,3 17,8

Amplitude de onda (mm): 35,48 30,02 13,44 30,02 30,02 21,83 29,35 37,62 21,83 21,83 40,93 18,81 16,37 13,64 13,64 10,75 13,44

Profundidade MFL (%): 59 51 57 60 57 51 46 48 48 49 47 40 42 45 42 47 57

Número de amostras

Dad

os

de

loca

liza

ção

Fato

res

par

a

resp

ost

a

23

Todos os dados contidos na Tabela 1 foram retirados do software ROSOFT

7.0, que é o programa fornecido pela empresa que realiza a inspeção por PIG MFL.

Para cada defeito selecionado, foram geradas janelas de análise contendo gráficos e

sinais com os parâmetros de velocidade média, nível de magnetização e amplitude de

onda magnética, no momento da fuga do campo magnético.

As especificações, as incertezas de medição, a comprovação da qualidade da

corrida, as tabelas contendo o quantitativo de cada tipo de defeito e o resumo de

registros realizado pela ferramenta MFL, foram retirados do Relatório final: Serviço de

inspeção ROCORR MFL-A, Oleoduto de 26’’ ET-A / GMR.

Os gráficos de velocidade e de nível de magnetização podem ser visualizados

conforme as Figuras 14 e 15. Para alcançar uma melhor precisão das medidas em

cada hodômetro, foi necessário a ampliação das imagens para obtenção de uma

reposta mais apurada para cada anomalia.

24

Figura 14 – Gráfico de velocidade x distância.

Fonte: Software – ROSOFT 7.0.

25

Figura 15 – Gráfico de nível de magnetização x distância.


26

Em contrapartida, as medidas de amplitude de onda magnética dos defeitos

foram bem mais exigidas na etapa de análise, em razão da localização do defeito estar

disposta no perímetro do tubo e as amplitudes de ondas variarem em unidade horária,

logo, foi imprescindível a conversão das unidades para milímetros.

Para conversão dos valores de tempo para milímetros foram utilizados alguns

dados geométricos do duto, além de determinar quais unidades de tempo seriam

convertidas para milímetros, os valores escolhidos foram: hora, minuto e segundo

(Tabela 2 e 3).

Tabela 2 – Dados geométricos do duto para conversão de valores.


Tabela 3 – Conversão de unidades de tempo para milímetros.


3.2 PROCEDIMENTO DE COLETA DOS PARÂMETROS DOS DEFEITOS PARA

ANÁLISE

De posse de todos os parâmetros essenciais para obtenção dos valores de

perda de espessura, o próximo passo foi a localização dos defeitos. Uma vez que a

corrida realizada por PIG MFL tinha um módulo inercial, facilitou o processo de

localização, posto que o módulo inercial é responsável por registrar as coordenadas

geográficas de todos os pontos notáveis, soldas e defeitos apontados pelo PIG MFL.

Existem três procedimentos padrões para preparação do local a ser

inspecionado por ultrassom. O primeiro procedimento é a localização do ponto; o

segundo é a escavação por retroescavadeira, este procedimento é bem delicado, pois

os dentes da máquina podem danificar o duto; o último procedimento consiste na

remoção do revestimento externo do duto, o qual tem a função de proteger

Raio (mm) 330,20

Perímetro Externo (mm) 2074,71

Perímetro Interno (mm) 1934,84

Espessura (mm) 11,13

Dados geométricos

161,24 mm 1 hora

2,69 mm 1 minuto

0,04 mm 1 segundo

Parâmetros de "h" para "mm"

27

externamente o duto, logo após sua remoção é fundamental a confirmação de algum

ponto de referência, ou até mesmo a checagem do tamanho dos tubos.

Para confirmação da localização do defeito é necessário a confrontação dos

dados de referência e das coordenadas geográficas.

É possível identificar todos os procedimentos descritos acima nas Figuras 16

e 17.

Figura 16 – Localização e escavação de vala.


28

Figura 17 – Remoção do revestimento externo para localização de defeito.


Todos estes procedimentos foram executados para todos os defeitos sem

exceção.

3.2.1 Inspeção por ultrassom

Na inspeção por ultrassom automatizado foi utilizado uma máquina incumbida

de realizar varreduras em todo o perímetro do duto, o fluido acoplante utilizado foi a

água.

O equipamento realiza uma varredura de 500 mm longitudinalmente ao duto.

A sua fixação é feita através de imãs que se aderem à parede externa do duto. Na

Figura 18 é possível ver a instalação do equipamento em um tubo ilustrativo.

29

Figura 18 – Equipamento ultrassônico fixo à parede externa do duto


Para cada sinal medido na inspeção por ultrassom é gerado um gráfico que

reproduz a amplitude da onda x tempo, este gráfico é chamado de A-Scan. Com este

gráfico é possível determinar o dimensionamento dos defeitos ou irregularidades

correlacionando a altura da onda registrada com uma onda refletora de dimensões

conhecidas. Os sinais do gráfico A-Scan podem ser representados por rádio

frequência ou por modo de vídeo. (SANTIN, 2003).

Todas as profundidades medidas pelas técnicas de ultrassom automatizado e

PIG MFL (Pipeline Inspection Gauge Magnetic Flux Leakage) estão contidas na

Tabela 7 (p. 35), no item Resultados e Discussões, além da diferença entre elas em

módulo, a qual é a resposta de referência para o estudo, dado que, possuindo a

medida real de profundidade, poderá ser analisado os parâmetros que mais

influenciam a diferença entre as técnicas.

3.3 ANÁLISE DO VALOR QUADRÁTICO MÉDIO

De acordo com Hallak e Filho (2011, p. 596), “o Valor Quadrático Médio é

comumente usada para expressar a acurácia dos resultados numéricos, com a

30

vantagem de que este apresenta valores do erro nas mesmas dimensões da variável

analisada”.

𝑉𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑄𝑢𝑎𝑑𝑟á𝑡𝑖𝑐𝑜 𝑀é𝑑𝑖𝑜 = [1

𝑁∑(𝑃𝑖𝑠 − 𝑃𝑖0)2

𝑁

𝑖=1

]

12

(5)

𝑁: Número de amostras;

𝑃𝑖𝑠: Valor real;

𝑃𝑖0: Valor experimental.

3.4 ANÁLISE BOX-BEHNKEN

Como relatado na Tabela 1 (p. 22), nos fatores para resposta, os parâmetros

de análise selecionados foram, a velocidade média do PIG MFL no momento em que

ele passa no defeito; o nível de magnetização pontual para cada defeito, que é a

saturação das linhas magnéticas empregadas em um determinado local; e a amplitude

de onda magnética, que retrata a perturbação do campo magnético quando encontra

alguma descontinuidade na espessura de parede do duto.

No método Box-Behnken sabe-se da necessidade de três níveis para cada

parâmetro escolhido na análise (NIST/SEMATECH, 2020). Estes três níveis são: a

média e os valores máximos e mínimos.

Para este estudo houve uma grande dificuldade na determinação de quais

valores devem ser associados aos valores máximos ou mínimos para cada parâmetro.

Visto que, o princípio científico da técnica MFL traz consigo muitas incertezas.

Para realizar uma análise apropriada para o experimento, foi calculado a

média e o desvio padrão para cada amostra. Com isso, para determinar o valor

máximo foi calculado a média e posteriormente somado ao desvio padrão. Por outro

lado, para o valor mínimo foi calculado a média e este valor foi subtraído do desvio

padrão. Para os cinco pontos médios foram considerados os valores que mais se

aproximaram da média, concomitantemente (Equações 6 e 7).

�̅� = ∑ 𝑥𝑖

𝑁𝑣 (6)

31

𝑆 = √∑(𝑥𝑖 − �̅�)

𝑛 − 1 (7)

�̅�: Média

𝑆: Desvio padrão;

𝑥𝑖: Valores individuais;

𝑁𝑣: Número total de valores;

𝑛: Quantidade de dados.

Utilizando os valores fornecidos na Tabela 1 (p. 22), em fatores para resposta,

foram calculados os valores das médias e dos desvios padrões para cada parâmetro.

Assim, os valores de máximo, médio e mínimo foram adquiridos para implementação

no estudo do planejamento Box-Behnken. Segue as Tabelas 4 e 5 com os resultados.

Tabela 4 – Média e desvio padrão dos parâmetros de análise.


Tabela 5 – Valores máximos, médios e mínimos dos parâmetros de análise.


Para uma melhor distinção entre os valores máximo, mínimo e médio, foi

necessário calcular o erro de cada valor de uma amostra com os seus respectivos

valores de média e desvio padrão. Dessa forma, os erros que mais se aproximaram

do número 0 foi definido como a média. Em contrapartida, os valores numéricos mais

elevados foram atribuídos como máximo e consequentemente os valores numéricos

mais baixos foram considerados como mínimo.

Normalmente em um modelo de projeto Box-Behnken, os valores dos

parâmetros utilizados para definição dos pontos médios são iguais ou muito próximos

Média Desvio padrão

Média velocidade (m/s) 1,253 0,154

Nível de magnetização (KA/m) 20,529 1,922

Amplitude de onda (mm) 23,472 9,517

Máximo Média Mínimo

1 0 -1

1,407 1,253 1,099

22,451 20,529 18,608

32,988 23,472 13,955

32

do ponto médio definido na análise, que neste caso são: 1,253; 20,529 e 23,472 para

velocidade, nível de magnetização e amplitude de onda, respectivamente.

Entretanto, como citado anteriormente, existe uma incerteza de medição

muito alta contida na ferramenta MFL, fazendo com que o processo de seleção dos

05 pontos médios coincidentes ou próximos dos valores das médias, ficassem

bastantes alterados do padrão. É relevante elucidar que os três parâmetros devem se

aproximar das médias simultaneamente e em proporção, caso contrário, este defeito

não servirá como ponto médio.

Dessa forma, os 05 pontos médios selecionados para o estudo destoam um

pouco do que seria necessário para se ter um grau de certeza próximo do ideal.

Realizando os procedimentos descritos acima, obteve-se a Tabela 6, onde

foram alcançados todos os valores necessários para o estudo estatístico.

Tabela 6 – Parâmetros para o projeto Box-Behnken.


Na análise Box-Behnken foi utilizado o software Design Expert 11, conforme

os dados contidos na Tabela 6 para obtenção dos resultados do estudo.

AMOSTRAS

1 1,30 Máximo 21,90 Médio 35,48 Máximo

2 1,30 Médio 21,80 Médio 30,02 Médio

3 1,05 Médio 17,80 Mínimo 13,44 Mínimo


5 1,30 Máximo 22,20 Máximo 30,02 Médio


7 1,00 Mínimo 17,00 Médio 29,35 Máximo

8 1,05 Médio 18,40 Mínimo 37,62 Máximo



11 1,30 Médio 22,00 Máximo 40,93 Máximo

12 1,05 Mínimo 19,10 Mínimo 18,81 Médio

13 1,45 Máximo 21,80 Médio 16,37 Mínimo

14 1,40 Mínimo 22,10 Máximo 13,64 Médio

15 1,25 Médio 21,80 Máximo 13,64 Mínimo

16 1,45 Máximo 18,30 Mínimo 10,75 Médio

17 1,05 Mínimo 17,80 Médio 13,44 Mínimo

Média velocidade

(m/s)

Nível de magnetização

(KA/m):

Amplitude de onda

(mm):

33

4 RESULTADOS E DISCUSSÕES

Neste capítulo será apresentado os gráficos das amplitudes de ondas do PIG

MFL, os sinais A-Scan das inspeções por ultrassom automatizado dos 17 defeitos,

tabela contendo a diferença entre as técnicas e os resultados do Planejamento Box-

Behnken, assim também como os gráficos pertinentes para o melhor entendimento da

análise.

4.1 FIGURAS DAS AMPLITUDES DE ONDAS MAGNÉTICAS DO PIG MFL

As amplitudes de ondas magnéticas medidas para cada defeito podem ser

visualizadas nas figuras contidas em Anexo A (p. 53 - 56). Para melhor compreensão

da leitura dos defeitos foram selecionadas duas figuras (Figura 19 e 20).

Figura 19 – Amplitude MFL - Defeito 1.


34

Figura 20 – Amplitude MFL - Defeito 6.


4.2 FIGURAS DOS SINAIS A-SCAN DAS INSPEÇÕES POR ULTRASSOM

A Figura 21 contém o gráfico da inspeção realizada no Defeito 1, indicando os

ecos ultrassônicos, e consequentemente, informando a espessura remanescente

registrada e a perda de metal real naquele ponto. Estas medições serão a base para

analisar as incertezas de medição dos registros feitos pelo PIG MFL. Foram realizadas

inspeções em todos os 17 defeitos e os gráficos referentes às inspeções de todos os

defeitos encontram-se em Anexo B (p. 56 - 64).

Conforme podemos observar no gráfico de inspeção ultrassônica na Figura

21, a primeira e maior onda representa o percurso de emissão e retorno do eco

ultrassônico no fluido acoplante. Já na segunda onda, a emissão e o retorno referem-

se à espessura de parede do duto.

35

Figura 21 – Sinais A-Scan – Defeito 1.

Fonte: Software – RMS RAPOTION SCANNER 2.14.

Segue Tabela 7, contendo todas as profundidades medidas pelas técnicas de

ultrassom automatizado e PIG MFL (Pipeline Inspection Gauge Magnetic Flux

Leakage), assim também como a diferença entre as técnicas.

Tabela 7 – Dados ultrassônicos e MFL.


Profundidade MFL (%) Profundidade USA (%) Diferença (USA - MFL) Data de inspeção USA

59 68,91 9,91 27/07/2015

51 55,49 4,49 29/07/2015

57 41,97 15,03 16/01/2015

60 67,51 7,51 29/07/2015

57 75,27 18,27 12/05/2015

51 65,38 14,38 20/01/2015

46 47,75 1,75 23/05/2016

48 46,28 1,72 05/05/2016

48 61,70 13,70 22/04/2016

49 47,16 1,84 28/04/2016

47 53,26 6,26 29/04/2016

40 36,17 3,83 26/05/2016

42 53,89 11,89 23/05/2016

45 58,70 13,70 16/06/2016

42 55,95 13,95 20/05/2016

47 36,23 10,77 09/05/2016

57 41,97 15,03 16/01/2015

36

De posse da diferença de profundidade entre as técnicas, foi possível calcular

o Valor Quadrático Médio, de acordo com a Equação 5 (p. 30), do item 3.3. O valor

obtido foi de 10,976.

4.3 SOFTWARE EXPERT 11

Através do software Expert 11, foi possível realizar o planejamento Box-

Behnken para o estudo da influência dos parâmetros de entrada para otimização da

incerteza de medição da ferramenta MFL.

Para determinação dos valores mais significativos, foram selecionados os

valores de soma dos quadrados maiores ou iguais a 10, pois eles contemplam 83%

do valor total de todos os parâmetros estudados pelo modelo Box-Behnken.

Desconsiderando-se o erro puro e levando em conta os valores com as somas

dos quadrados acima de 10, o primeiro termo mais significativo é a amplitude de onda

(C), seguido pela interação da amplitude com a velocidade (AC), a interação do

quadrado da velocidade com o nível de magnetização (A²C) e por último o quadrado

da velocidade (A²).

Segue abaixo Tabela 8 contendo todos os dados estratificados dos

parâmetros do estudo.

Tabela 8 – Análise de Variância.

Fonte: Software Expert 11.

37

Analisando a soma dos quadrados, é possível identificar que o erro puro, na

penúltima linha da Tabela 8 é o mais significativo com 122,96.

O valor de R² (Coeficiente de Determinação) foi de 0,7412. Este valor é

aceitável devido ao grande nível de complexidade dos valores obtidos para cada

anomalia analisada, conforme explicado na metodologia no item 3.3 ANÁLISE BOX

BEHNKEN.

Seguindo o argumento exposto no item 3.3, o qual foi imprescindível para

determinação dos cinco pontos médios da análise, o gráfico (Previsão x Real) exibe

os cinco pontos médios localizados fora da linha de tendência, isto foi um fator

primordial para não se ter atingindo um valor mínimo de 0,95 de R², que é o valor ideal

para uma análise estatística (Figura 22).

Em contrapartida, todos os outros valores determinados foram bastantes

consistentes na linha de tendência, isto fez com que o método utilizado para obtenção

deste resultado fosse considerado válido.

Figura 22 – Comparação do modelo previsto versus o resultado atual.


Antes de iniciar este estudo e entendendo como funciona o princípio de

funcionamento da ferramenta MFL, tinha-se uma intuição de quais parâmetros

38

poderiam ser mais significativos para análise. Um destes parâmetros é a amplitude de

onda magnética, pois as empresas especialistas em inspeção realizam uma medida

indireta utilizando a forma e o comportamento destas ondas com defeitos

geometricamente conhecidos e, posteriormente, armazenam estas informações em

um banco de dados para correlação de sinais.

Por outro lado, a velocidade também tem um papel essencial para o registro

e a qualidade das ondas magnéticas registradas, dado que, quanto maior ou menor a

velocidade no momento do registro das ondas magnéticas, pode-se mascarar, perder

ou até mesmo obter-se dados imprecisos sobre os defeitos.

Analogamente à velocidade, o nível de magnetização tem muita importância

na qualidade das ondas magnéticas, visto que, dependendo do nível de saturação

magnética, as ondas terão comportamentos distintos no momento em que ocorre a

fuga do campo.

Dessa forma, foi possível identificar que o parâmetro da amplitude de onda

isolado é o mais significativo, contudo, os demais parâmetros em consonância com

outros parâmetros têm boas influências no resultado final, conforme demonstrado na

Tabela 8.

Nos gráficos de superfície de resposta é possível representar muito bem os

dados obtidos na análise. No primeiro gráfico de saída do software Expert 11, os

parâmetros de nível de magnetização e de velocidade estão dispostos nos eixos das

abcissas e das ordenadas, respectivamente. No eixo perpendicular ao plano das

abcissas e ordenadas, está situado o parâmetro de resposta (erro). O parâmetro que

mais influencia no resultado final (amplitude de onda), está posto de forma modificável

(Figura 23). Nesta figura, o valor modificável utilizado para a superfície 3D foi o valor

da média.

39

Figura 23 – Gráfico de superfície 3D (Valor de ponto médio da amplitude de onda).


Utilizando o valor máximo da amplitude de onda, fica evidente que a forma da

superfície 3D decresce com relação ao eixo de resposta, isso faz com que o erro

diminua em quase toda a sua superfície, o qual é o propósito principal deste estudo.

O menor erro apontado pelo gráfico, está assinalado, onde se tem o menor nível de

magnetização e a menor velocidade, originando o valor de aproximadamente -4,62 de

erro. (Figura 24)

40

Figura 24 – Gráfico de superfície 3D (Valor máximo da amplitude de onda).


O valor negativo registrado é uma resposta bastante satisfatória, pois sabe-

se que a incerteza da ferramenta MFL pode ser de até 20%, conforme Relatório final:

Serviço de inspeção ROCORR MFL-A, (2014), para mais ou para menos. Logo, o

valor negativo indica que a anomalia tem menos perda de metal do que o reportado,

cerca de 5% a menos do valor registrado.

Analisando melhor a Figura 24, é notável que em quase todos os locais da

superfície o erro é menor que 10%. A única região em que se tem um aclive na

superfície é quando o nível de magnetização e a velocidade é máximo,

consequentemente a união destes parâmetros máximos são prejudiciais para diminuir

o erro de profundidade das anomalias. Lembrando que a amplitude de onda está

fixada como máxima.

Na Figura 23 o comportamento se dá de maneira semelhante à Figura 24, só

que de forma mais suave, com quase toda sua superfície abaixo dos 15% de erro.

Somente em um pequeno aclive, os valores se aproximam dos 20% de erro.

Para uma melhor representação de vários conjuntos de valores dos

parâmetros analisados neste estudo, o gráfico de Cubo Resposta é o mais adequado

para uma melhor visualização integral do projeto (Figura 25).

41

Figura 25 – Gráfico de Cubo Resposta.


Para se ter um maior número de possibilidades entre os parâmetros, todos os

pontos máximos, mínimos e pontos médios estão descritos, conforme pode-se

visualizar na Figura 25. Para o estudo em questão, os melhores resultados são os

menores erros. Com isso, para verificar onde se tem o melhor aproveitamento deste

projeto foi escolhido os dois melhores resultados da análise.

O primeiro, é quando se tem o nível de magnetização máxima, velocidade

média e amplitude de onda mínima, o qual obteve-se um erro de 1,75%.

No segundo caso, quando se tem o nível de magnetização mínima, velocidade

mínima e amplitude de onda máxima, obteve-se um erro de -4,78%.

Um resultado que corrobora bastante com o estudo, é que 5 de um total de

21 combinações possíveis, tiveram valores acima de 15% de erro, todo o restante,

cerca de 76% dos valores são menores que 15% de erro.

De todos os defeitos utilizados neste experimento, três deles, tiveram

resultados bastante eficientes, se comparados com à incerteza de medição da

ferramenta MFL.

Os três defeitos são os de número 7, 8 e 12, contidas na Tabela 1 (p. 22). A

profundidade e sua localização no tubo foram registradas pela ferramenta MFL, e

foram respectivamente: 46% (ZTA), 48% (ZTA) e 40% (CORPO).

42

De acordo com a especificação da ferramenta, a incerteza de medição para

estes tipos de anomalias são de ±15% para as anomalias 7 e 8 e de ±10% para a

anomalia 12.

Conforme os resultados apresentados pelo Cubo Resposta do projeto Box-

Behnken, o erro para as anomalias 7 e 8 foi de aproximadamente -4,8%, este erro

está localizado na face posterior do vértice inferior esquerdo do Cubo. Os parâmetros

de entrada do erro possuem velocidade mínima, nível de magnetização mínima e

amplitude de onda máxima.

Utilizando a incerteza de medição do PIG MFL as anomalias 7 e 8 poderiam

ter 61% e 63%, nessa ordem. Em contrapartida, utilizando o erro do projeto Box-

Behnken tem-se 41,2% e 43,2%, respectivamente.

A anomalia 12 segue o mesmo raciocínio das anomalias 7 e 8, a única

diferença é com relação à amplitude de onda que foi média, logo, esta localiza-se no

centro de uma aresta, na face inferior da lateral esquerda. Para este local o erro foi de

aproximadamente +3,83%.

Assim sendo, utilizando as incertezas de medição do PIG MFL e o erro do

projeto Box-Behnken, tem-se 50% e 43,83%, de modo respectivo.

Vale ressaltar que segundo a norma N-2098 da Petrobras (2014), indicações

maiores ou iguais a 50% de perda de espessura, recomenda-se que estas indicações

sejam avaliadas com correção de campo. A incerteza da ferramenta já está somada

ao valor registrado pelo PIG MFL, pois a análise deve ser a mais conservadora

possível.

Analisando o que foi exposto, quando se utiliza as incertezas de medição

propostas pelo PIG MFL as três anomalias necessitariam de uma nova investigação

utilizando uma técnica com menor incerteza para analisar o processo corrosivo e para

determinação da necessidade de reparo.

Por outro lado, quando se utiliza os dados do estudo apresentado pelo projeto

Box-Behnken, estas anomalias nem seriam reinspecionadas, conforme a norma N-

2098 (2014), ocasionando uma grande economia no processo e maior certeza do

dimensionamento da profundidade da anomalia, em razão de cada tipo de anomalia

ter sua própria “identidade” à medida que os parâmetros de entrada mudam.

É importante salientar que os três defeitos selecionados estão contidos no

grupo amostral das 17 anomalias do estudo, entretanto, estes resultados podem ser

43

utilizados para todas as indicações da população deste duto, que é de 751.242, de

acordo com o relatório da empresa que realizou a inspeção.

Por fim, para se ter um bom resumo dentre todas as 17 anomalias

selecionadas para o estudo, foi construída uma tabela mostrando todas as medidas

de profundidade, incerteza e comparações entre as técnicas. É possível notar, que

nas duas últimas colunas, os valores em azul estão mais próximos do valor real

inspecionado pelo ultrassom automatizado.

Utilizando a união entre a ferramenta MFL e o estudo Box-Behnken obtiveram-

se 11 valores mais próximos do real. Em contrapartida, na união entre a ferramenta

MFL e a sua própria incerteza foram adquiridos 6 valores mais próximos do real.

Além da superioridade quantitativa do estudo Box-Behnken, cinco anomalias

(1, 5, 11, 13 e 14) das 17 tiveram exatamente o mesmo valor registrado pela inspeção

por ultrassom, consequentemente, não houve nenhum erro associado entre as

técnicas.

Segue Tabela 9, contendo os resultados mencionados acima.

Tabela 9 – Resumo das perdas de metal e das incertezas de medição

Fonte: Próprio autor

NºProfundidade

MFL (%)Incerteza MFL (%)

Profundidade

MFL + Incereza

MFL (%)

Incerteza Box-

Behnken (%)

Profundidade

MFL + Incereza

Box-Behnken (%)

Profundidade

USA (%)

Diferença

(USA) e (MFL +

Incereza MFL)

Diferença

(USA) e (MFL +

Incereza Box-

Behnken)

1 59 15 74 9,91 68,91 68,91 -5,09 0,00

2 51 15 66 8,38 59,38 55,49 -10,51 -3,89

3 57 10 67 15,03 72,03 41,97 -25,03 -30,06

4 60 15 75 8,38 68,38 67,51 -7,49 -0,87

5 57 15 72 18,27 75,27 75,27 3,27 0,00

6 51 10 61 8,38 59,38 65,38 4,38 6,00

7 46 15 61 -4,78 41,22 47,75 -13,25 6,53

8 48 15 63 11,89 59,89 46,28 -16,72 -13,61

9 48 15 63 8,38 56,38 61,70 -1,30 5,32

10 49 15 64 8,38 57,38 47,16 -16,84 -10,22

11 47 15 62 6,26 53,26 53,26 -8,74 0,00

12 40 10 50 3,83 43,83 36,17 -13,83 -7,66

13 42 10 52 11,89 53,89 53,89 1,89 0,00

14 45 10 55 13,7 58,7 58,70 3,70 0,00

15 42 10 52 1,75 43,75 55,95 3,95 12,20

16 47 10 57 10,77 57,77 36,23 -20,77 -21,54

17 57 10 67 15,03 72,03 41,97 -25,03 -30,06

44

5 CONCLUSÕES

A partir dos resultados obtidos durante o estudo deste trabalho é possível

identificar que a amplitude de onda MFL tem uma grande influência na medição da

profundidade das anomalias. Isso já era esperado, uma vez que, as empresas

pigadoras utilizam um imenso banco de dados contendo várias características do

comportamento das linhas de campo MFL e realizam uma comparação entre elas para

o dimensionamento das anomalias registradas.

Em contrapartida, a velocidade da ferramenta e o nível de magnetização

tiveram uma menor influência no resultado final, contudo, quando são analisadas em

conjunto, ou somadas com a amplitude da onda MFL, tem-se um grau de significância

bastante interessante para o estudo. Além de terem influência direta no erro da

ferramenta, estes parâmetros estão intrinsicamente ligados à qualidade dos sinais

obtidos, o qual podem interferir diretamente na resposta.

Com relação à velocidade, quanto maior for, mais difícil fica o registro das

ondas MFL, devido à sensibilidade dos sensores no registro das ondas em um período

muito curto. O inverso também pode acontecer, quando se tem uma velocidade muito

baixa, os sinais podem ser superdimensionados, mascarando o que realmente existe

no local inspecionado.

Quanto ao nível de magnetização, este está diretamente associado ao nível

de saturação magnética para a espessura de parede dos tubos, logo, um nível de

magnetização muito alto ou muito baixo, traz consigo um maior ou menor número de

linhas de campo magnético, nesta ordem. Este fenômeno pode ser idealizado por um

retângulo com linhas no sentido de maior comprimento do retângulo. Quanto maior o

nível de saturação magnética, mais linhas de campo ter-se-á no retângulo, isto faz

com que no momento da detecção de uma anomalia a onda fique mais achatada,

devido à grande quantidade de linhas sobrepostas uma à outra. Para um nível de

magnetização baixo, tem-se o inverso, as ondas terão aclives e declives bem mais

acentuados, em razão do baixo número de linhas MFL.

O principal objetivo do estudo era identificar os parâmetros que mais

influenciam a incerteza de medição do PIG MFL (Pipeline Inspection Gauge Magnetic

Flux Leakage), e consequentemente localizar os valores que podem diminui-la. Para

isso, foi necessário utilizar a técnica de ultrassom, que é uma medida direta de um

45

defeito, para verificar qual era o real erro do PIG MFL de acordo com os parâmetros

predeterminados.

O alvo foi alcançado para a grande maioria das anomalias. Segundo o gráfico

de cubo resposta na Figura 25, somente 5 combinações de um total de 21 tiveram

erro acima de 15% de perda de metal. Lembrando que o intuito principal deste trabalho

não era conseguir diminuir a incerteza de medição da ferramenta para todos os

defeitos, visto que, para alguns pontos a tecnologia tem bons patamares de

incertezas, se tudo ocorrer como especificado pela empresa, contudo, na engenharia

há uma mistura de teoria com empirismo, e alguns defeitos tem comportamentos

completamente distintos uns dos outros.

Este trabalho terá grande valia, se aplicado nas anomalias mais críticas

detectadas em uma inspeção por PIG MFL. Isso trará uma melhor perspectiva para

as tomadas de decisões gerenciais, como também na avaliação de vida remanescente

dos dutos, uma vez que, o dimensionamento das profundidades dos defeitos será

mais confiável, pois estará fundamentado na expertise criada com esta análise

estatística.

O trabalho teve como principal alicerce a estatística, no qual se trabalha com

níveis de certeza, e nem sempre com a exatidão dos valores. Neste estudo obteve-se

um R² = 0,7412, que é cerca de 74% de certeza, de acordo com os dados utilizados

na análise.

Para um estudo com um bom grau de certeza, dever-se-ia alcançar algo em

torno de 90% em diante. Entretanto, os níveis de incerteza da ferramenta MFL, por si

só, já são muito altos, além da sua complexidade em dimensionar o defeito, o qual é

puramente por confrontação direta de defeitos existentes com a perturbação das

ondas magnéticas registradas pelo PIG MFL.

Por essa razão, o R² de 0,7412 obtido terá uma grande relevância à indústria,

em consequência de um melhor entendimento dos parâmetros inerentes ao processo

de detecção. Podendo até haver uma melhora das condições operacionais antes do

lançamento da ferramenta de inspeção, com o intuito de atingir os melhores valores

de velocidade da ferramenta e bons níveis de magnetização para a espessura de

parede.

No final do estudo foi identificado algumas melhorias que poderiam ser

implementadas para se ter um maior grau de certeza no resultado Box-Behnken. A

principal delas seria a escolha de anomalias localizadas somente no corpo do tubo ou

46

na zona termicamente afetada, em razão das linhas de campo nas Figuras de 16 a 32

possuírem um comportamento bem distinto, com relação à perturbação do campo

magnético.

Sabe-se que na zona termicamente afetada, ou na solda em si, existe uma

mudança na estrutura cristalina do material e também na sua espessura,

consequentemente as linhas de campo magnético da solda se associam às ondas das

anomalias.

Sendo assim, quando se tem profundidades aproximadas entre anomalias

localizadas no corpo do tubo e na ZTA, as amplitudes de ondas serão bem distintas,

trazendo consigo discrepâncias na análise.

Outra melhoria, seria elevar o número de amostras e concomitantemente

estabelecer um intervalo de perda de metal para defeitos considerados mais críticos,

uma vez que, estes defeitos são os que mais impactam nas tomadas de decisões,

reparos e análises de vida remanescente nos dutos.

A última melhoria seria utilizar um duto que tenha somente uma espessura de

parede, ou selecionar pontos localizados em espessuras uniformes. Isso ajudaria na

homogeneidade dos níveis de magnetização, pois sabe-se que quanto maior for a

espessura de parede, maior será o nível de magnetização.

Em síntese, é necessário elucidar que este estudo pode ser utilizado para os

defeitos registrados nesta inspeção. Salvo em alguns casos, nos quais os parâmetros

de projeto e operacionais se aproximem bastante dos utilizados neste trabalho.

Os parâmetros de projeto são: diâmetro do duto, espessura de parede e tipo

de material. Já os parâmetros operacionais são: velocidade média do PIG MFL,

observar a uniformidade da velocidade do PIG; nível de magnetização e as faixas de

perda de espessura que serão utilizadas no trabalho.

Caso se tenha algum tipo de característica de projeto ou de operação

diferentes das mencionadas acima, pode-se realizar um novo estudo normalmente,

selecionando um número de defeitos mínimos e fazendo uma correlação com uma

técnica de inspeção que realiza uma medida direta.

Um dos efeitos positivos deste estudo foi a possibilidade de especificar os

parâmetros de velocidade da ferramenta e nível de magnetização antes da realização

da corrida por PIG MFL.

47

Isso irá ocasionar uma menor incerteza de medição da ferramenta de PIG,

consequentemente a análise Box-Behnken terá respostas mais condizentes com a

geometria real dos defeitos.

Para esta corrida em particular a velocidade e o nível de magnetização ideais

são 1,099 m/s e 22,451 kA/m, respectivamente. Lembrando que o nível de

magnetização depende da espessura de parede do tubo.

48

REFERÊNCIAS

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https://doi.org/10.1016/j.jngse.2016.11.035

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ANEXO A

Amplitude MFL – Defeito 1.








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Fonte: Software – ROSOFT 7.0

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ANEXO B

Sinais A-Scan – Defeito 1.


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Documents

USO DO MÉTODO BOX-BEHNKEN PARA DIMINUIÇÃO DE …