Análise numérica do comportamento mecânico de dutos com reparo compósito

Abstract

As tubulações industriais possuem um papel fundamental em diversos ramos da indústria. Estas representam uma forma mais eficiente e de baixo custo para o transporte de materiais. Infelizmente, dependendo das condições ambientais, tubulações podem sofrer desgastes e corrosão devido à oxidação por parte de um excesso de umidade ou devido aos efeitos nocivos da maresia. Neste contexto, essas tubulações necessitam de inspeções e reparos periódicos. O Objetivo deste trabalho é estudar e analisar o comportamento mecânico de tubulações que foram reparadas com material plástico reforçado com fibras (MPRF), em especial fibras de carbono. Serão conduzidas análises numéricas das tensões e deformações dos dutos reparados. As análises numéricas serão de tubos de aço carbono ABNT 1010, totalmente engastados em uma das extremidades e tampados na outra extremidade com liberdade de deslocamento na direção axial. Possuem comprimento de 500 mm, diâmetro nominal de 105 mm e espessura de parede de 2,5 mm em três situações distintas: (i) tubos que consistem de cilindros de parede fina (D/t  20) íntegros (i.e. com espessura uniforme); (ii) tubos tais quais as do item (i), porém com um trecho desbastado (de comprimento igual a 100 mm) na região central (i.e. equidistante das extremidades); e (iii) reparados circunferencialmente com resina epóxi e fibra de carbono. Os tubos desbastados na região central tem o objetivo de simular a situação crítica de desgaste, isto é, possuem 60% da espessura original do tubo. Para os tubos com reparo serão analisados a influência da espessura do reparo na região do desbaste e do comprimento do reparo (Lr) na região íntegra do tubo em cinco situações: (i) Lr = 0%, onde a espessura do reparo coincide com o comprimento do desbaste; (ii) Lr = 25%, onde o comprimento do reparo corresponde a 25% a mais o comprimento do desbaste; (iii) Lr = 50%, onde o comprimento do reparo corresponde a 50% a mais o comprimento do desbaste; (iv) Lr = 75% onde o comprimento do reparo corresponde a 75% a mais o comprimento do desbaste; e (v) Lr = 100%, onde o comprimento do reparo corresponde a 100% a mais o comprimento do desbaste. Dessa forma será possível analisar o processo de recuperação das propriedades mecânicas do tubo desbastado. As simulações numéricas foram feitas em softwares baseados no método dos elementos finitos, como o ANSYS e o COMPSHELL, e assim, selecionar a espessura e comprimento de reparo ideais que melhor recuperam as propriedades mecânicas na região do desbaste. Após as análises, a espessura de 3 mm e comprimento de sobre espessura de 50 mm (Lr = 50%) de reparo compósito foi o reparo que melhore recuperou as propriedades mecânicas do tubo desbastado.