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Teses

1. “Análise de Modelos que Explicam o Comportamento de Reparos Tipo Luva em Dutos com Defeitos de Perda de Espessura e sua Validação”, Tese de Doutorado, Marco Antonio Perez Rosas, Departamento de Engenharia Mecânica, PUC-Rio, Agosto de 2010.

2. “Análise de Dutos com Perda de Espessura Reparados com Multicamadas Metálicas Coladas”, Marco Antonio Pérez Rosas, Dissertação de Mestrado, 2006, Departamento de Engenharia Mecânica, PUC-Rio.

3. “Avaliação do Envelhecimento de Reparos Estruturais Constituídos de Materiais Compostos”, Dissertação de Mestrado, Luana de Brito Costa, Departamento de Engenharia Mecânica, PUC-Rio, Agosto, 2010.

4. “Análise de Componentes de Dutos com Perdas de Espessura e Reparos com Materiais Compósitos”, John Steven Castellanos Prado, Dissertação de Mestrado, Departamento de Engenharia Mecânica, PUC-Rio, Outubro, 2014.

Projetos de Graduação - TCC

5. “Estudo para Reparo de Dutos”, 2001.2, André Freire e Daniela Riva.

6. “Análise da Influência de Defeitos na Tensão de Ruptura em Dutos e uma Proposta de Reparos”, Projeto de Graduação, 2006.1, Amauri Louzada Bastos e Leonardo Motta Carneiro.

7. “Análise da Integridade de Dutos com Mossas Reparados por Camadas Metálicas Coladas”, Projeto de Graduação, 2006.1, Rafael Albernaz.

8. “Propriedades Elásticas de Materiais Compósitos (Fibra de Carbono-Epóxi) sob Tração e Compressão Usando o Método DIC”, Pedro Nieckele Azevedo, Projeto de Graduação, Departamento de Engenharia Mecânica, PUC-Rio, Dezembro, 2013.

9. “Propriedades Elásticas de Materiais Compósitos (Fibra de Vidro-Epóxi) sob Tração e Compressão Usando o Método DIC”, Renato Bichara Vieira, Projeto de Graduação, Departamento de Engenharia Mecânica, PUC-Rio, Dezembro, 2013.

Artigos em Periódicos

10. Freire, J.L.F., Antonelli, R. A., Dror Y., A.S Voloshin, “Applications of Reflection Orthotropic Photoelasticity to Laminated Composites'', Journal of Composite Materials, V. 23, Janeiro, pp. 42-57, 1989.

11. L.C. Meniconi, R.D. Vieira, J.L.F. Freire, J.L.C. Diniz, J.T.P. Castro, "Análise do Desempenho de Sistemas de Reparo de Dutos por Materiais Compostos", Revista ABENDI – ver também em Congressos Nacionais: Anais do COTEQ 2001, Conferência sobre Tecnologia de Equipamentos, 2001.

12. Freire, J.L.F., Vieira, R.D.and Diniz, J.C., “Effectiveness of Composite Repairs Applied to Damaged Pipeline”, Experimental Techniques, September-October, Vol. 31, No. 5, 59-66, (2007).

13. Perez Rosas, M.A., Vieira, R.D., and Freire, J.L.F., “Use of Small-Scale Pipeline Specimens to Test a Steel-Adhesive Repair System”, Experimental Techniques, November-December, Vol. 31, No. 6, 64-72, (2007).

14. Freire, J.L.F., Perrut, V.A., Braga, A.M.B., Vieira, R.D., Ribeiro, A.S., Rosas, M.A.P, “Use of FBG Strain Gages on a Pipeline Specimen Repaired with a CFRE Composite”, Experimental Techniques, 2012, j.1747-1567.2012.00866, (39), September, 70-79, 2015.

Artigos em Conferências Internacionais

15. J.L.F. Freire, R.D. Vieira, J.L.C. Diniz, L.C. Meniconi, “Hydrostatic Tests of Pipeline with Composite Repairs”, SEM Annual Conference on Experimental and Applied Mechanics, CD, Milwaukee, 2002.

16. L.C. Meniconi, J.L.F. Freire, R.D. Vieira, J.L.C. Diniz, "Stress Analysis of Pipelines with Composite Repairs”, Proceedings of the 4th International Pipeline Conference, Calgary, IPC02-27372, 2031-2037, 2002.

17. Freire, J.L.F., Vieira, R.D., Diniz, J.L.C., “Evaluating the Remaining Strength Factor for Repaired Pipeline”, paper IBP 1235_05, Rio Pipeline Conference, 2005.

18. Freire, J.L.F., Vieira, R.D., Diniz, J.L.C., Applying the RSF Concept to Repaired Pipeline Specimens with Metal Loss, Proceedings of the 2005 Annual Conference in Experimental and Applied Mechanics, 2005.

19. M.A. Rosas, R.D. Vieira, J.L.F. Freire, “Measuring the Remaining Strength Factor of a Steel-Adhesive-Repair System”, Paper IPC2006-10533, Proceedings of IPC 2006, 6th International Pipeline Conference, September 25-29, 2006, Calgary, Alberta, Canada.

20. M.A. Rosas, J.S. Dias, J.C. Grion, L.O. Lima, N.F. Soares, R.D. Vieira, J.L.F. Freire, “Testing of a Steel-Adhesive-Repair System for Pipeline”, Proceedings of the 2006 Annual Conference in Experimental and Applied Mechanics, 2006.

21. Freire, J.L.F., Perrut, V.A., Braga, A.M.B., Vieira, R.D., Ribeiro, A.S., Rosas, M.A.P, “Use of Fiber Bragg Grating Strain Gages on a Pipeline Specimen Repaired with a CFRE Composite System”, Proceedings of the 2012 Society for Experimental Mechanics International Congress on Experimental and Applied Mechanics, SEM, Costa Mesa, CA, 2012.

22. R.B. Vieira, P.N. Azevedo, L.D. Rodrigues, R.D, Vieira, J.L.F. Freire, “Determining elastic properties of composites using DIC ”, Proceedings of the ICEM 16 - 16th International Conference on Experimental Mechanics, Cambridge, UK, Julho, 2014.

Artigos em Conferências Nacionais

23. L.C. Meniconi, R.D. Vieira, J.L.F. Freire, J.L.C. Diniz, J.T.P. Castro, "Análise do Desempenho de Sistemas de Reparo de Dutos por Materiais Compostos", Anais do COTEQ 2001, Conferência sobre Tecnologia de Equipamentos, 2001.

24. R.D. Vieira, J.L.F. Freire, J.S. Dias, J.C. Grion, L.O. Lima, N.F. Soares, “Análise do Desempenho de um Reparo em Duto Corroído Utilizando Multi-Camadas Metálicas Coladas”, 8o COTEQ 2005.

25. M.A. Rosas, R.D.Vieira, J.L.F .Freire, “ Comparação da Eficácia de Reparos de Material Compósito e Reparos de Camadas Metálicas Coladas no Controle das Deformações em Dutos com Defeitos de Perda de Espessura”, COTEQ-045, 11o Conferência de Tecnologia de Equipamentos, COTEQ – IEV – SAET, Associação Brasileira de Ensaios Não Destrutivos e Inspeção, ABENDI, v. em CD, 2011.

26. L.D. Rodrigues, J.L.F. Freire, L. Meniconi, “Determinação de Propriedades Elásticas de um Composto ERFC Usando DIC”, COTEQ 2013 – 345, 12a Conferência sobre Tecnologia de Equipamentos, Associação Brasileira de Ensaios Não Destrutivos e Inspeção, ABENDI, v. em CD, 2013.

27. J. Castellanos, J.L.F. Freire, R.D. Vieira, V.A.Perrut, “Reparos com materiais compósitos de conexões de dutos com defeitos tipo perda metálica”, CONAEND&IEV2014 – 091, XXXII – Congresso Nacional de Ensaios Não Destrutivos e Inspeção, 18ª IEV – Conferencia Internacional sobre Evaluación de Integridad y Extensión de Vida de Equipos Industriales, 2014.

28. Ana Lúcia Fampa Seabra d’almeida, Jonathan Stefling Aguiar, Ronaldo Domingues Vieira, Jorge Coutinho Diniz, José Luiz de França Freire, “Composite Repairs to Restore the Structural Integrity of Tubes with External Corrosion”, 5th Brazilian Conference on Composite Materials – BCCM 5. Sao Carlos School of Engineering. University of Sao Paulo. 18th to 22nd January, 2021. V. Tita, J. R. Tarpani and M. L. Ribeiro (Editors).

Eduardo C. Vilani(1), Antonio C. Bifulco(2), Richard F. Bayer(3).

Sinopse

Tubulações, tanques e vasos de pressão metálicos podem ter sua integridade estrutural comprometida por defeitos provocados no substrato. Estes defeitos podem ser: perda de espessura,deformação plástica (amassamento) ou trincas. A perda de espessura pode ser devida à corrosão interna ou externa, bem como a arranhões, desbaste por atrito ou erosão. Para todos os casos, é possível reabilitar a estrutura metálica, por adição de espessura de compósito equivalente àquela perdida. Podem-se reforçar também estruturas íntegras que precisam ser submetidas a tensões adicionais oriundas de novas condições operacionais. Uma correta análise do defeito é o primeiro passo para o projeto do reparo, pois permite classificá-lo adequadamente. Conhecidas as características mecânicas do compósito a ser utilizado, é possível calcular a espessura equivalente que deve ser aplicada. O instalador deve executar o reparo obedecendo às exigências de certificação e manuseio dos materiais aplicados, do correto preparo do substrato, fazendo a instalação conforme o procedimento operacional específico. Uma equipe hábil é necessária para garantir que o laminado obtido guarda proximidade com aqueles utilizados para a certificação do mesmo. Atenção deve ser dada à segurança no trabalho e à preservação do meio ambiente.

Eduardo Cesar Vilani(1), Antonio Carlos Bifulco(2), Richard Förster Bayer(3)

Resumo

Até recentemente, as instalações que tinham seus dutos metálicos deformados plasticamente só podiam receber reparos permanentes por troca do trecho avariado, conforme as normas ASME B 31 e API 1160.

As mossas provocam fadiga no material devido ao carregamento cíclico imposto pela operação do duto. O modo de falha se dá por aparecimento de micro trincas que se propagam, podendo chegar até ao colapso do material. Não se pode prever o tempo de vida remanescente da instalação, pois são inúmeros os fatores intervenientes.

Ocorre que a troca do tramo ou niple deformado exige uma parada da operação de transferência, seguida da preparação para corte e solda que é demorada e cara aliada ao fato de que nem sempre é possível de ser executada tão logo se tenha o conhecimento do defeito.

Desta forma, alguns dutos amassados foram reparados provisoriamente com luvas de material compósito, com o objetivo de dar uma resistência adicional à fadiga, até que se pudesse efetuar uma parada para a manutenção adequada.

O estudo posterior destes trechos reparados, que foram sujeitos a ensaios em laboratório após terem sido substituídos, apontou para um ganho efetivo no tempo de vida do tubo. A experiência suscitou a realização de um projeto de estudo do comportamento de luvas de material compósito especialmente projetadas para aumentar a resistência de tubos amassados à fadiga. Os resultados obtidos em ensaios de curta duração comprovaram a eficácia do reparo em garantir a integridade do tubo por mais de 30 anos de uso.

Este procedimento está em conformidade com a Norma ISO/PDTS 24817, de 27 de setembro de 2006, podendo ser classificado como reparo permanente.

Richard F. Bayer(1), Antonio Carlos Bifulco(2)

Resumo

O presente trabalho demonstra o desenvolvimento de um compósito formulado para reforço estrutural de dutos e tubulações industriais de aço carbono, com redução da capacidade de pressão devido à corrosão, utilizando tecnologia e materiais nacionais.O desenvolvimento do produto e das técnicas de aplicação objetivaram atender as mais diversas características físicas e geográficas dos dutos, obedecendo aos limites estabelecidos pela norma ASME B31. 4.Para o cumprimento de ensaios mecânicos normalizados de laboratórios foram elaborados corpos de prova de tração, adesão e dureza, determinando os limites de escoamento, limite de resistência e alongamento Além destes, também foram realizados testes hidrostáticos simulando tubos com defeito severos atingindo o limite de reparo determinado pela norma ASME B31.4. Para a aplicação prática de campo, o desenvolvimento previu a utilização de tratamento térmico, acelerando a cura do compósito e permitindo a disponibilidade para inspeção final e restabelecimento das condições originais de operação. Para controle e rastreabilidade, pastilhas magnéticas foram resinadas junto ao duto, permitindo a localização pela passagem do pig eletrônico. Também, para rastreabilidade o reparo é demarcado geograficamente através de GPS, além da localização pelo odômetro fornecido pelo cliente.

J.L.F. Freire(1), V.A. Perrut(2), A.M.B. Braga(1), R.D. Vieira(1), A.S. Ribeiro(1), and M.A.P. Rosas(3)

1 Mechanical Engineering Department, Pontifical Catholic University of Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, Brazil

2 CENPES, PETROBRAS, Rio de Janeiro, Brazil

3 Prima-7S, Rio de Janeiro, Brazil

Abstract

Laboratory tests were conducted to understand and describe how the reinforcement layers of a carbon fiber epoxy composite material can enable a steel line pipe specimen with a metal loss defect to withstand pressure loading, and to compare the test results with those predicted by mechanics of materials and by finite element numerical solutions developed previously. Hydrostatic burst tests were performed on three pipe (API 5L X65 ERW) specimens: one with metal loss defect, one without metal loss defect, and one with metal loss defect but repaired with a carbon-fiber-reinforced epoxy composite system.

Fiber Bragg grating strain gages were used during the tests of the repaired specimen. The strain gages were bonded either directly on the surface of the defect, or were inserted in between some of the composite layers in order to show the reinforcement’s effective contribution to the strength of the repaired pipes. The analytical and numerical results agreed very satisfactorily with experimentally determined burst pressures and pressure–strain curves, showing that the behavior of composite reinforced pipelines can be well predicted by using simple mechanics of materials or sophisticated finite element solutions.

Djouadi Djahida ¹, Ghomari Tewfik ², Maciej Witek ³,* and Mechri Abdelghani ¹

1 Composite Structures and Innovative Materials Laboratory (LSCMI), University of Sciences and Technology USTOMB, BP 1505, Oran 31000, Algeria; djahida.djouadi@univ‐usto.dz (D.D.);

abdelghani.mechri@univ‐usto.dz (M.A.)

2 Aeronautics and Propulsive Systems Laboratory (LASP), University of Sciences and Technology, USTOMB, BP 1505, Oran 31000, Algeria; tewfikghomari@yahoo.com

3 Gas Engineering Group, Warsaw University of Technology, 20 Nowowiejska St., 00‐653 Warsaw, Poland

* Correspondence: maciej.witek@pw.edu.pl

Abstract: Composite overwraps are a cost‐effective repair technology, appropriate for corrosion defects, dents, and gouges for both onshore and offshore steel pipelines. The main benefit of polymerbased sleeves is safe installation without taking the pipeline out of service. This paper presents a new calculation procedure proposed in the form of an algorithm for the sizing of composite repairs of corroded pipelines when the sleeve is applied at zero internal pressure. The main objective of the presented methodology is determination of the effective thickness of the composite repair without its overestimation or underestimation. The authors used a non‐linear finite element method with constitutive models allowing analysis of the steel, putty, and composite structures. The validation of the results of numerical computations compared to the experimental ones showed an appropriate agreement. The numerical calculations were applied to compare the analytical results in relation to those obtained by the standards ASME PCC‐2 or ISO/TS 24817. The comparison showed that the proposed solution confirmed its effectiveness in reducing the thickness of the sleeve significantly, thus, showing that the current industrial standards provide a considerably excessive composite wrap around the steel pipe corroded area, which leads to an unnecessary increase in the repair costs.

Keywords: composite overwrap repair; defected steel pipe wall; composite sleeve sizing; finite element analysis