Análise estrutural de mangotes de transferência utilizando materiais compósitos e poliméricos avançados

• Ano de defesa: 2017
• Autor(a) principal: Tonatto, Maikson Luiz Passaia
• Orientador(a): Amico, Sandro Campos
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Palavras-chave em Português: Mangueiras (Engenharia); Materiais poliméricos; Poliamidas; Fibras de carbono; Elementos finitos
• Palavras-chave em Inglês: Offloading hoses; Finite elements; Meso-scale model; Carbon fiber; Polyaramid fibers
• Link de acesso: http://hdl.handle.net/10183/169272

Mangotes de transferência têm sido utilizados em grande quantidade em operações de descarga de óleo, principalmente em águas profundas, onde existem cargas estáticas e cíclicas variáveis devido ao ambiente de trabalho. Apesar da grande demanda dessas estruturas, seu comportamento é pouco conhecido e discutido na literatura devido a sua complexidade. Além disso, os materiais utilizados nesse equipamento podem ocasionar um elevado número de falhas, sendo muitas vezes superestimados, deixando o mangote com peso excessivo. Este trabalho objetiva o desenvolvimento de uma metodologia de análise de materiais poliméricos avançados, especificamente fibras de poliaramida e materiais compósitos à base de fibra de carbono, em substituição a materiais tradicionais, utilizando modelos numéricos capazes de prever o comportamento da pressão de ruptura das carcaças e resistência a compressão radial do mangote, além da avaliação em fadiga dos cordonéis à base de poliaramida dessas novas estruturas. Modelos em meso-escala foram desenvolvidos utilizando conceitos de hiperelasticidade e de critérios de falha de materiais compósitos para previsão das tensões e deformações locais em regiões críticas do mangote. Análises numéricas foram realizadas via elementos finitos com o software comercial para auxiliar a elaboração dos modelos e a realização dos cálculos numéricos. Foram realizados ensaios experimentais para validação desses modelos numéricos, bem como para a previsão do comportamento estático e em fadiga dos materiais envolvidos. Foram desenvolvidos dois modelos. Em um modelo foi aplicado pressão interna no mangote para previsão de ruptura das carcaças no qual tem o objetivo de avaliar o desempenho dos novos reforços de poliaramida. No outro modelo foi aplicada uma carga radial na seção central do mangote para prever a resistência ao esmagamento, no qual tem o objetivo de avaliar o desempenho do componente de sustentação em material compósito de fibra de carbono. Os resultados dos modelos numéricos apresentaram boa concordância com os resultados experimentais em grande parte das análises. Também se observou que os novos materiais apresentam um grande potencial de substituição dos materiais tradicionais, bem como um excelente comportamento frente a carregamentos estáticos e dinâmicos envolvidos na aplicação, sendo verificada diminuição significativa de peso e aumento do desempenho.