Estudo do comportamento estrutural estático e dinâmico de tanques de aço para armazenamento de líquidos

• Ano de defesa: 2023
• Autor(a) principal: Lopes, Matheus Abreu
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Universidade do Estado do Rio de Janeiro; Centro de Tecnologia e Ciências::Faculdade de Engenharia; Brasil; UERJ; Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica
• Palavras-chave em Português: Engenharia mecânica; Estática; Dinâmica; Análise estrutural (Engenharia); Resistência de materiais; Tanques; Mechanical engineering; Statics; Dynamics; Structural analysis (Engineering); Strength of materials; Tanks; ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA::MECANICA DOS SOLIDOS
• Link de acesso: http://www.bdtd.uerj.br/handle/1/21523

O cenário de crescente produção de petróleo na indústria de óleo e gás brasileira tem demandado cada vez mais eficiência na operação e manutenção de ativos logísticos, tais como os tanques cilíndricos de aço utilizados para armazenamento de petróleo e derivados. Por outro lado, esses tanques experienciam danos ao longo de sua vida, tal como as deformações estruturais devido à característica construtiva de elevada esbeltez, em função das baixíssimas relações entre espessura e diâmetro. Neste sentido, é necessário avaliar a integridade desses tanques na existência dessas patologias estruturais em busca da continuidade operacional com segurança. A consideração das imperfeições nos modelos de cálculo deve ser a mais realista possível, a fim de se obter uma precisa avaliação da estrutura na presença de defeitos. Entretanto, métodos de inspeção dimensional de estruturas de grande porte como as de tanques de armazenamento normalmente resumem-se ao levantamento topográfico em alguns pontos da estrutura, o que, para correta quantificação de imperfeições pode não ser muito adequado. Assim, a ferramenta de inspeção por escaneamento a laser 3D pode ser uma excelente aliada. No que diz respeito aos modos de falha, tanques são suscetíveis à flambagem induzida pelo vento, especialmente na presença de imperfeições estruturais. O vento, fenômeno de comportamento instável e aleatório, normalmente é considerado como um carregamento estático e com formulação determinística, porém tal consideração pode não evidenciar alguns comportamentos, tal como a flambagem de tanques. Assim, a consideração dos efeitos dinâmicos e não-determinísticos do vento é indicada para a captura desses eventos. Além disso, outros modos de falha como o colapso plástico e excesso de deformações plásticas localizadas podem comprometer a integridade estrutural, devendo ser investigados através de modelos de cálculo que permitam avaliar a estrutura no seu estado atual, com fiel representação de sua geometria. Dessa forma, este trabalho se propõe a desenvolver uma metodologia de análise estrutural de tanques de armazenamento em operação, contendo deformações (imperfeições) em sua estrutura. A metodologia considera o preciso levantamento dimensional da estrutura por técnica de escaneamento a laser 3D, cujos resultados são utilizados para calibração de modelo de elementos finitos. O modelo desenvolvido é empregado em análises estáticas com foco em avaliação de falha por colapso plástico e excesso de deformações plásticas localizadas sendo feitas considerações e propostas em relação aos critérios normativos de códigos internacionalmente reconhecidos. Análises dinâmicas considerando não-linearidade completa são realizadas para avaliar a suscetibilidade à flambagem induzida pelo vento quando o comportamento dinâmico e não-determinístico é considerado. Dentre diversas conclusões deste trabalho, destaca-se que o comportamento dinâmico não-determinístico do vento pode levar tanques deformados à instabilidade estrutural dinâmica e enrijecedores podem ser de grande auxílio na recomposição da resistência à flambagem, aumentando esta última em até 711% em média.