Reparo compósito em tubulações de aço carbono : efeito do ângulo de aplicação dos reparos na rigidez

Abstract

A utilização de reparos compósitos é uma realidade atual para a otimização de processos de manutenção de linhas de dutos em diversas aplicações e setores, visando combater problemas como o que ocorre com a corrosão, em que a espessura das paredes externas do material metálico é reduzida por causa das reações químicas. Face às alternativas para resolver os problemas técnicos, e considerando os custos envolvidos, o reparo das linhas de dutos usando materiais compósitos mostra-se vantajosa. Esta pesquisa apresenta um relevante apanhado de trabalhos realizados ao longo dos últimos 17 anos no contexto de reparos compósitos em tubulações metálicas, demonstrando os diversos enfoques dados ao problema de tubos que perdem camadas de material em suas paredes externas, seja por meio de metodologia experimental seja adotando metodologia numérica, mostrando, por outro lado, a carência do desenvolvimento de estudos de reparos que estejam aplicados, de modo concentrado, nas adjacências dos danos. Assim, propõe-se realizar reparos concentrados na região central de dutos usando ângulos de 45° e 90°, na região circunferencial, para verificar a viabilidade da restauração da rigidez mecânica dos tubos sujeitos à pressão interna no regime elástico e os efeitos da variação do ângulo de aplicação dos reparos na rigidez mecânica dos casos testados. A metodologia adotada é puramente numérica, usando o software ANSYS® para comparar resultados de deslocamentos e tensões em tubos simulados em situações similares a casos encontrados na literatura especializada, de modo a obter a validação da malha de elementos finitos, do modelo e das condições de contorno, visando viabilizar resultados confiáveis da rigidez mecânica dos tubos com aplicação de reparos compósitos híbridos (resina epóxi reforçada com tecido de fibras de carbono e com tecido de fibras de carbono e vidro) concentrados, propostos neste trabalho. Verificou-se que o deslocamento radial e a tensão de von Mises possuem valores absolutos que são inversamente proporcionais ao ângulo do desbaste aplicado. Assim, nota-se a tendência da necessidade de uma maior quantidade de lâminas para restaurar a rigidez de tubos com os menores ângulos de reparos na direção circunferencial. Resultados quantitativos aproximados indicam uma redução de custos de material da ordem de 35% com a aplicação de reparos a 90º e de 62% com a aplicação de reparos a 45°, quando comparados com os reparos aplicados em 360° ao longo de toda a região central do tubo. Por outro lado, quanto menor o ângulo do desbaste maior será a eficiência na redução da tensão de von Mises.