estudo do ambiente perifÉrico para inspeÇÃo e...
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CENTRO FEDERAL DE EDUCAO TECNOLGICA DO PARAN
DEPARTAMENTO ACADMICO DE ELETROTCNICA
CURSO DE ENGENHARIA INDUSTRIAL ELTRICA NFASE ELETROTCNICA
CAROLINA ARIOLI SCHIMIEGUEL
FABIO J. R. CASTRO
TATIANE PELLICIOLLI
ESTUDO DO AMBIENTE PERIFRICO PARA INSPEO E MAPEAMENTO DE
DUTOS METLICOS SUBTERRNEOS UTILIZANDO O MTODO DE
ATENUAO DE CORRENTE
CURITIBA
2004
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CAROLINA ARIOLI SCHIMIEGUEL
FABIO J. R. CASTRO
TATIANE PELLICIOLLI
ESTUDO DO AMBIENTE PERIFRICO PARA INSPEO E MAPEAMENTO DE
DUTOS METLICOS SUBTERRNEOS UTILIZANDO O MTODO DE
ATENUAO DE CORRENTE
Trabalho Final de graduao, apresentado na
disciplina Projeto Final II do curso de
Engenharia Industrial Eltrica Eletrotcnica.
Orientador: Antonio Carlos Pinho
Co-Orientador: Mrcio Miguel Tavares
CURITIBA
2004
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CAROLINA ARIOLI SCHIMIEGUEL FABIO J. R. CASTRO
TATIANE PELLICIOLLI
ESTUDO DO AMBIENTE PERIFRICO PARA INSPEO E MAPEAMENTO DE DUTOS METLICOS SUBTERRNEOS UTILIZANDO O MTODO DE
ATENUAO DE CORRENTE
Este Projeto Final de Graduao foi julgado e aprovado como requisito parcial para obteno do ttulo de Engenheiro Eletricista pelo Centro Federal de Educao Tecnolgica
do Paran.
Curitiba, 24 de setembro DE 2004.
______________________________ Prof. Paulo Srgio Walenia
Coordenador de Curso Engenharia Industrial Eltrica Eletrotcnica
______________________________ Prof. Ivan E. Colling
Coordenador de Projeto Final de Graduao Engenharia Industrial Eltrica Eletrotcnica
______________________________ Prof. Antonio Carlos Pinho
Orientador Engenharia Industrial Eltrica Eletrotcnica
______________________________ Prof. lvaro Augusto de almeida
Engenharia Industrial Eltrica Eletrotcnica
______________________________
Prof. Ayrton Roberto Lopes Engenharia Industrial Eltrica Eletrotcnica
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Dedicamos esta obra aos nossos pais e filho que tanto
nos apoiaram ao longo dos anos em que nos
dedicamos para alcanar um dos objetivos principais
de nossas vidas: o de nos tornar Engenheiros.
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AGRADECIMENTOS
Ao nosso Professor Orientador Antonio Carlos Pinho e ao nosso Co-Orientador
Marcio Miguel Tavares, pela excelente conduo da equipe ao objetivo proposto,
bem como pela confiana, apoio e incentivos prestados nas horas de dificuldades.
Ao CEFET-PR, que durante todos esses anos nos forneceu a fundamentao terica
para que todo este estudo fosse possvel.
empresa Esteio Engenharia e Aerolevantamentos S.A., pela disponibilizao de
sua infraestrutura que viabilizou a execuo terico-prtica deste projeto.
PETROBRAS, que autorizou a utilizao de dados e informaes essenciais para
a realizao do projeto, dando um voto de confiana para a equipe.
Aos familiares e amigos de todos os integrantes desta equipe, pelo apoio, incentivo,
amor, e compreenso pela importncia que esta obra representa em nossas vidas.
Aos colegas, que dividiram as dificuldades e ansiedades vividas.
Aos integrantes desta equipe, pela dedicao e fora de vontade empregada com
muito suor e empenho para o sucesso da concluso desta obra.
Agradecemos todas as pessoas que direta ou indiretamente nos apoiaram,
incentivaram ou contriburam de alguma forma, para que fosse possvel a realizao
deste projeto.
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O valor das coisas no est no tempo que elas duram,
mas na intensidade com que acontecem. Por isso
existem momentos inesquecveis, coisas inexplicveis e
pessoas incomparveis.
Fernando Pessoa
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RESUMO
O posicionamento dos dutos na faixa, bem como a inspeo do revestimento
externo dos mesmos, tem se mostrado importante no processo de manuteno das faixas e
dos dutos. Esse levantamento est sendo realizado a partir da aplicao da tcnica de
atenuao de corrente, atravs de um equipamento denominado PCM (Pipeline Current
Mapper). O procedimento necessita de um sistema de proteo catdica existente no duto
para o correto funcionamento. Durante a aplicao desta metodologia, houve inmeras
situaes onde o conjunto de equipamentos no obteve xito em seu levantamento. Estas
situaes podem ter tido uma ou mais variveis, que isoladas ou associadas, geraram tais
ocorrncias. Este projeto apresenta um estudo do ambiente perifrico de dutos metlicos
subterrneos visando tentar diagnosticar os possveis parmetros responsveis pelo no
funcionamento do equipamento PCM utilizando o mtodo de atenuao de corrente.
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LISTA DE FIGURAS
Figura 1 - Medio da resistividade eltrica do solo .........................................................28 Figura 2 - Equipamento Nilsson. ......................................................................................30 Figura 3 - Estrutura Fsica do Receptor Porttil ................................................................32 Figura 4 - Estrutura Fsica do Transmissor PCM..............................................................32 Figura 5 - Esquema para teste de alcance e seletividade de sinal.......................................36 Figura 6 - Esquema para aterramento provisrio ..............................................................39 Figura 7 - Relao entre ponto de pico e ponto de nulo ....................................................43 Figura 8 - Indicao de falha Tcnica A-Frame................................................................45 Figura 9 - Operador utilizando a Tcnica A-Frame...........................................................45 Figura 10 - Fluxo da Corrente ..........................................................................................48 Figura 11 - Vista em corte de um duto..............................................................................50 Figura 12 Vista de um duto ...........................................................................................51 Figura 13 Circuito eltrico equivalente..........................................................................53 Figura 14 - Circuito equivalente simplificado...................................................................54 Figura 15 - Configurao das correntes medidas para revestimento em bom estado..........88 Figura 16 - Configurao das correntes medidas para revestimento deteriorado ...............89 Figura 17 - Configurao das correntes medidas para revestimento em bom e mau estado89 Figura 18 - Configurao para queda brusca das correntes medidas..................................89
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LISTA DE GRFICOS
Grfico 1 - Profundidade x Corrente PCM (mA) ..............................................................90 Grfico 2 - Atenuao x Corrente PCM (dB)....................................................................90 Grfico 3 - Corrente PCM (mA) x Corrente PCM (dB) ....................................................91 Grfico 4 - Profundidade x Corrente PCM (mA) .............................................................92 Grfico 5 - Atenuao x Corrente PCM (dB)....................................................................93 Grfico 6 - Corrente PCM (mA) x Corrente PCM (dB) ....................................................93 Grfico 7 - Profundidade x Corrente PCM (mA) - km 11 .................................................94 Grfico 8 - Atenuao x Corrente PCM (dB) - km11........................................................95 Grfico 9 - Corrente PCM (mA) x Corrente PCM (dB) - km11 ........................................95 Grfico 10 - Profundidade x Corrente PCM (mA) - km 13 ...............................................96 Grfico 11 - Atenuao x Corrente PCM (dB) - km13......................................................97 Grfico 12 - Corrente PCM (mA) x Corrente PCM (dB) - km13 ......................................97 Grfico 13 - Profundidade x Corrente PCM (mA) - km 15 ...............................................98 Grfico 14 - Atenuao x Corrente PCM (dB) - km15......................................................99 Grfico 15 - Corrente PCM (mA) x Corrente PCM (dB) - km15 ......................................99 Grfico 16 - Profundidade x Corrente PCM (mA) - km 27 .............................................100 Grfico 17 - Atenuao x Corrente PCM (dB) - km27....................................................101 Grfico 18 - Corrente PCM (mA) x Corrente PCM (dB) - km27 ....................................101 Grfico 19 - Profundidade x Corrente PCM (mA) - km 29 .............................................102 Grfico 20 - Atenuao x Corrente PCM (dB) - km29....................................................103 Grfico 21 - Corrente PCM (mA) x Corrente PCM (dB) - km29 ....................................103 Grfico 22 - Profundidade x Corrente PCM (mA) - km 32 .............................................104 Grfico 23 - Atenuao x Corrente PCM (dB) - km32....................................................105 Grfico 24 - Corrente PCM (mA) x Corrente PCM (dB) - km32 ....................................105 Grfico 25 - Profundidade x Corrente PCM (mA) - km 39 .............................................107 Grfico 26 - Atenuao x Corrente PCM (dB) - km39....................................................108 Grfico 27 - Corrente PCM (mA) x Corrente PCM (dB) - km39 ....................................108 Grfico 28 - Profundidade x Corrente PCM (mA) - km 48 .............................................110 Grfico 29 - Atenuao x Corrente PCM (dB) - km48....................................................111 Grfico 30 - Corrente PCM (mA) x Corrente PCM (dB) - km48 ....................................111
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LISTA DE TABELAS
Tabela 1 - Materiais para anodos inertes...........................................................................26 Tabela 2 - Relao entre advertncias e diagnsticos indicados pelos leds indicativos ......41 Tabela 3 - Tipos de freqncias........................................................................................41 Tabela 4 - Parmetros adotados........................................................................................48 Tabela 5 - Descrio da faixa de dutos .............................................................................58 Tabela 6 - Resistividade eltrica do solo...........................................................................59 Tabela 7 - Sondagens trado ao longo do traado ............................................................59 Tabela 8 - Progresso de levantamento ..............................................................................78 Tabela 9 - Dados Gerais...................................................................................................79 Tabela 10 - Laudo interpretativo do mtodo de atenuao de corrente - PCM...................87 Tabela 11 - Planilha de dados A-Frame............................................................................88
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SUMRIO
1 PROPOSTA DE PROJETO ................................................................................................................11 1.1 INTRODUO ............................................................................................................................11 1.2 JUSTIFICATIVA..........................................................................................................................14 1.3 OBJETIVOS..................................................................................................................................14
1.1.1 Objetivo Geral:.........................................................................................................................14 1.3.1 Objetivos Especficos: ..............................................................................................................14
1.4 METODOLOGIA .........................................................................................................................15 1.5 CRONOGRAMA ..........................................................................................................................16
2 REFERENCIAL TERICO................................................................................................................17 2.1 PROTEO CATDICA....................................................................................................................17
2.1.1 Corroso...................................................................................................................................17 2.1.2 Tipos de Corroso ....................................................................................................................17 2.1.3 Mtodos de Combate Corroso .............................................................................................20 2.1.4 Definio ..................................................................................................................................24 2.1.5 Princpios Bsicos da Proteo Catdica ................................................................................24 2.1.6 Tipos de Proteo.....................................................................................................................25
2.2 RESISTIVIDADE ..............................................................................................................................27 2.2.1 Medio da Resistividade do Solo ............................................................................................28
2.3 MTODO DE ATENUAO DE CORRENTE (TCNICA PCM - PIPELINE CURRENTE MAPPER) ............30 2.3.1 Descrio da Tcnica PCM......................................................................................................31 2.3.2 Aplicao da Tcnica PCM ......................................................................................................33
2.4 ELETROMAGNETISMO.....................................................................................................................47 2.4.1 Determinao da Resistncia e Capacitncia ..........................................................................49 2.4.2 Circuito eltrico equivalente ....................................................................................................53 2.4.3 Clculo do Campo Magntico ..................................................................................................54
3 DESCRIO DOS DADOS ................................................................................................................58 3.1 APRESENTAO DA FAIXA DE DUTOS ............................................................................................58 3.2 RESISTIVIDADE ELTRICA DO SOLO ...............................................................................................58 3.3 SONDAGENS ...................................................................................................................................59 3.4 POSSVEIS PONTOS DE INTERFERNCIAS ........................................................................................60 3.5 CARACTERSTICAS DO TRAADO A-B............................................................................................63
3.5.1 Aspectos Gerais do Clima, Geomorfologia e Geologia............................................................63 3.5.2 Zoneamento Geotcnico ...........................................................................................................64
3.6 AVALIAO DO REVESTIMENTO EXTERNO ....................................................................................85 4 ANLISE DOS PONTOS DE FALHA...............................................................................................94
5 CONSIDERAES FINAIS .............................................................................................................113
6 REFERNCIAS..................................................................................................................................115
7 GLOSSRIO.......................................................................................................................................117
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1 PROPOSTA DE PROJETO
1.1 INTRODUO
A cartografia tem-se mostrado parceira essencial para a implantao e manuteno
da rede dutoviria no Brasil. Nos ltimos anos, as novas tecnologias aplicadas
proporcionaram uma evoluo na maneira de implantar e manter as faixas de dutos, de
forma a garantir que permaneam em bom estado de operao.
Nesse contexto, cmaras fotogramtricas areas modernas e automatizadas, uso de
GPS para posicionamentos geogrficos necessrios, sistemas fotogramtricos digitais de
tratamento de imagens areas, sistema de captao de dados de relevo com laser
aerotransportado, bem como a evoluo de software e hardware, podem ser considerados
os principais avanos tecnolgicos da rea de cartografia.
O Estado do Paran o principal plo produtor de cartografia no pas, possuindo o
maior nmero de empresas de cartografia, alm de ser um dos 5 estados brasileiros que
oferecem o curso de graduao em Engenharia Cartogrfica, bem como os cursos de
Mestrado e Doutorado em Cincias Geodsicas, todos ministrados na Universidade Federal
do Paran.
A Esteio Engenharia e Aerolevantamentos S.A. faz parte deste mercado, como uma
das maiores empresas de cartografia do pas. Entre os muitos clientes, a Petrobrs tem
desenvolvido vrios projetos de implantao e manuteno das faixas de dutos, a partir da
gerao de inmeros produtos e informaes que permitem anlises, estudos e aes,
visando o gerenciamento e monitoramento dessas faixas.
Entre os vrios servios realizados, o posicionamento dos dutos na faixa, bem como
a inspeo do revestimento externo dos dutos, tem se mostrado importante no processo de
manuteno das faixas e dos dutos. Esse levantamento est sendo realizado a partir da
aplicao da tcnica de atenuao de corrente, atravs de um equipamento denominado
PCM (Pipeline Current Mapper). O procedimento necessita de um sistema de proteo
catdica existente no duto para o correto funcionamento. Outros processos de verificao e
inspeo dos dutos so tambm aplicados, sendo o principal o GEOPIG (Pipeline Inertial
Geometry Survey).
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O GEOPIG trata-se de um equipamento utilizado internamento ao duto, que faz a
varredura das paredes internas atravs de sensores. Essa tcnica permite verificar as
condies do revestimento interno do duto, podendo identificar possveis pontos de
corroso. Nesse caso, existem algumas caractersticas distintas do processo PCM, como:
Alto custo de realizao;
Necessidade de paralisar a operao do duto;
Atividade altamente especializada, no existindo servio similar no pas.
O PCM, objeto deste estudo, possui caractersticas vantajosas em relao ao
GEOPIG, sem, no entanto descartar sua aplicao, como:
Menor custo de realizao;
No h necessidade de paralisar a operao do duto;
Tecnologia de simples aplicao, podendo ser aplicado com maior freqncia.
O ideal para o processo de manuteno dos dutos usar o PCM, associado ao
GEOPIG, em freqncias de aplicao distintas na malha dutoviria existente.
O PCM, desenvolvido e patenteado pela Radiodetection Corporation, foi projetado
para a indstria de dutos, visando atender uma demanda de inspeo e mapeamento de
dutos. Esta soluo permite avaliar e mapear as perdas de corrente na proteo catdica,
atravs da injeo de um sinal de freqncia especfica. Alm disso, o sistema permite
avaliar a posio e a profundidade do duto.
A proteo catdica uma tcnica que permite o controle da corroso de estruturas
metlicas enterradas, objetivando reduzir os custos com manuteno. Se a camada de
revestimento do duto est danificada ou se h um contato eltrico entre o duto e outra
estrutura de metal, necessrio dimensionar a proteo catdica, para compensar as perdas
resultantes.
Um excesso de corrente tambm pode ser prejudicial ao tubo. A integridade do duto
depende de um equilbrio entre a proteo efetiva e o consumo de corrente aceitvel. Se a
corrente injetada for excessiva ou a proteo catdica ineficaz, o duto deve ser
inspecionado para encontrar os possveis pontos de fuga de corrente e assim fazer a devida
correo no duto.
O conjunto de equipamentos PCM formado por um receptor, composto de um
magnetmetro de alta preciso, que consegue detectar o campo magntico gerado por um
sinal especfico, injetado no duto por um transmissor. O receptor ainda tem a facilidade de
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armazenar dezenas de medies, permitindo o ps-processamento dos dados captados em
escritrio.
O PCM deve ainda ser utilizado em conjunto com o GPS (Global Position System),
para que se permita posicionar o duto geograficamente. Esses dados coletados pelo PCM,
em conjunto com os outros dados coletados em campo, como as coordenadas geogrficas e
planas do posicionamento do duto e o tipo do solo, entre outros, podem ser exportados para
um software especfico, formando um Sistema de Informaes Geogrficas (SIG), para a
gerao dos mais diversos tipos de mapas, auxiliando assim o gerenciamento e a
superviso dos dutos.
Durante a aplicao desta metodologia, houve inmeras situaes onde o conjunto
de equipamentos no obteve xito em seu levantamento. Estas situaes podem ter tido
uma ou mais variveis, que isoladas ou associadas, geraram tais ocorrncias. Estas
variveis podem ser caracterizadas atravs de questionamentos importantes como:
O tipo de solo pode interferir no processo?
Como se encontra a qualidade do revestimento externo do duto?
A existncia de mais de um duto na faixa pode estar gerando interferncia?
H interligao da proteo catdica entre dutos?
A presena de drenagem em linhas frreas pode interferir no processo?
Qual a influncia gerada por uma linha de alta tenso (> 69 kV), paralela ou
cruzando a faixa de dutos?
A presena de cruzamento e/ou proximidade com rios e lagos, com mais de um
duto, podem interferir no processo atravs do fenmeno de curto eletroltico?
A presena de dutos do tipo tubo camisa muito prximos pode causar
dificuldades no processo?
Em casos de necessidade de realizar o levantamento com o retificador ligado,
introduzindo desta forma harmnicos no campo eletromagntico dos dutos e
obrigando a mudana de freqncia no PCM, podem prejudicar os resultados
obtidos?
Algumas alternativas de soluo, empregadas durante os levantamentos, de maneira
emprica, como: identificar e corrigir problemas encontrados na proteo catdica,
diminuir a intensidade da corrente injetada, usar a menor freqncia do equipamento em
caso de perda excessiva de corrente ao longo do duto, trouxeram bons resultados, mas no
atenderam a todas as ocorrncias encontradas.
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A busca de respostas para estes questionamentos torna o tema importante para o
estudo e aplicao de conhecimentos especficos da rea eltrica, visando tentar
diagnosticar as possveis causas dessas ocorrncias.
1.2 JUSTIFICATIVA
Durante a aplicao da tcnica PCM para o mapeamento e inspeo dos dutos, em
vrios trechos existiram ocorrncias de no funcionamento do conjunto de equipamentos.
Estas ocorrncias foram fruto de vrias caractersticas que, isoladas ou associadas, geraram
uma interferncia, impedindo a realizao do processo.
A mobilizao de recursos para a realizao desta atividade possui um alto custo,
de maneira que minimizar a influncia destas ocorrncias no processo torna-se relevante.
Em mdia, o custo se eleva em aproximadamente 7,5% do previsto, bem como h um
atraso de 5% em relao ao prazo previsto inicialmente.
Nesse contexto, extrair informaes de algumas caractersticas do ambiente interno
e externo faixa de dutos torna-se importante, de modo que se possa avaliar e tentar
diagnosticar as causas do no funcionamento do PCM nesses trechos.
1.3 OBJETIVOS
1.1.1 Objetivo Geral:
Diagnosticar os possveis parmetros responsveis pelo no funcionamento do
equipamento PCM em dutos metlicos subterrneos, utilizando o mtodo de atenuao de
corrente.
1.3.1 Objetivos Especficos:
Descrever detalhadamente a tcnica PCM (Mtodo de Atenuao de Corrente),
com o embasamento terico e descrio de vrios ambientes, nos quais esta
tcnica se aplica;
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Coletar dados junto a Esteio, com anuncia prvia da Petrobras/Transpetro;
Levantar as caractersticas eltricas, geolgicas e civis do entorno das faixas de
dutos, desde que disponveis e/ou disponibilizadas pela Petrobras/Transpetro;
Estudar uma faixa especfica identificando os parmetros, a localizao espacial
e o funcionamento da tcnica;
Usar filtros estatsticos para correlacionar os dados coletados, visando avaliar o
funcionamento da tcnica;
Buscar a compreenso da tcnica PCM e suas variveis para tentar identificar a
condio ideal para o funcionamento do equipamento;
1.4 METODOLOGIA
Considerando-se a forma de abordagem do problema a ser tratado nesse projeto e
seus objetivos, segundo Silva (2000) a pesquisa pode ser classificada como quantitativa e
exploratria, ou seja, requer o uso de tcnicas estatsticas para classificar e analisar as
informaes pertinentes compreenso e/ou soluo do problema e envolvem
levantamento bibliogrfico, entrevistas com pessoas que tiveram experincias prticas com
o problema pesquisado e anlise de exemplos ilustrativos.
Levando-se em conta a classificao de pesquisa cientfica em que o projeto se
enquadra, pode-se afirmar que a metodologia de pesquisa mais adequada ao tema abordado
o Estudo de Caso. Esse um tipo de pesquisa de forte cunho descritivo, na qual o
investigador no pretende intervir sobre a situao ou o problema a ser tratado, mas
conhecer e entender a sua origem.
Um Estudo de Caso uma investigao de natureza emprica, ou seja, fundamenta-
se fortemente no trabalho de campo. De acordo com Silva (2000) a pesquisa documental
pode ser baseada na coleta de dados atravs de cartas, memorandos, comunicados,
agendas, planos, propostas, relatrios, cronogramas, jornais internos, entre outros. O
material coletado analisado e utilizado para confrontar evidncias de outras fontes e/ou
acrescentar informaes.
Para a realizao do projeto ESTUDO DO AMBIENTE PERIFRICO PARA
INSPEO E MAPEAMENTO DE DUTOS METLICOS SUBTERRNEOS
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UTILIZANDO O MTODO DE ATENUAO DE CORRENTE sero obedecidas
algumas fases consideradas fundamentais.
Inicialmente ser essencial estudar e documentar a tcnica PCM, a partir de
bibliografia especfica e material disponibilizado pelas empresas Esteio,
Petrobras/Transpetro e Radiodetection.
Posteriormente, sero coletadas junto a Petrobras/Transpetro, informaes
tabulares, grficas e/ou textuais, referente ao ambiente fsico onde se localizam os dutos
metlicos, bem como informaes tcnicas sobre o duto propriamente dito.
Ser realizada tambm coleta de dados tabulares, grficos e/ou textuais junto a
Esteio, referente ao levantamento realizado em vrias faixas, escolhidas previamente para
esse projeto.
De posse dos dados supracitados, dar-se- o processo de consolidao das
informaes, a partir do uso de ferramentas estatsticas associadas a planilhas eletrnicas
para os dados tabulares. As informaes grficas e textuais sero avaliadas e seu resultado
ser apresentado atravs de diagnsticos e relatrios especficos.
A concluso do trabalho estar baseada nos resultados obtidos nas fases
anteriormente apresentadas.
1.5 CRONOGRAMA
2003 2004
Atividade Nov Dez Jan Fev Mar Abr Mai Jun Jul Ago 10 Set
Estudo da Tcnica PCM
Coleta de Dados
Levantamento das Caractersticas
Estudo da Faixa escolhida
Busca de Justificativas
Monografia
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2 REFERENCIAL TERICO
2.1 Proteo Catdica
A proteo catdica um dos tipos de processo de combate corroso existente
atualmente. ela que possibilita um uso eficaz do PCM, pois a partir do retificador da
corrente da proteo catdica que injetada a corrente especfica do PCM.
Essa relevncia faz com que a proteo catdica seja o primeiro item a ser abordado
no projeto.
No entanto, faz-se importante apresentar aspectos conceituais sobre corroso, antes
de abordar a proteo catdica. Esse item do referencial comear mencionando a corroso
at o aprofundamento do conceito de proteo catdica para dutos metlicos enterrados.
2.1.1 Corroso
At algum tempo atrs, usava-se o termo corroso apenas como um tipo de
deteriorao, freqentemente encontrado em materiais metlicos. No entanto, segundo
Dutra (1999, p. 03) a corroso a deteriorao dos materiais pela ao do meio. Assim,
esse conceito abrange no s os materiais metlicos, mas todo e qualquer tipo de material
sujeito a alguma degradao decorrente de um agente externo.
Nesse trabalho, a corroso ser abordada de forma simplificada, trazendo apenas os
conceitos necessrios ao entendimento da proteo catdica.
2.1.2 Tipos de Corroso
De acordo com Dutra (1999), a corroso pode ser classificada em quatorze tipos,
de acordo com as condies que ocorre, como segue:
a) Corroso galvnica
Conforme Dutra (1999), a corroso galvnica o processo corrosivo resultante do
contato eltrico de materiais dissimilares, em presena de um eletrlito.
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b) Corroso em frestas
Nas frestas h uma pr-disposio corroso. Essa ao ocorre por aerao diferencial
e por concentrao diferencial.
c) Corroso atmosfrica
Entende-se por corroso atmosfrica aquela que ocorre em estruturas areas, sujeitas
ao da umidade relativa do ar, da quantidade de sais em suspenso e da concentrao
de gases poluentes na atmosfera.
d) Corroso pelo solo
Esse tipo de corroso ocorre em estruturas enterradas. Ela depende do pH, da umidade
e da composio qumica do solo. Tambm so fatores relevantes resistividade e a
permeabilidade do solo, alm da presena de bactrias e poluentes no solo.
e) Corroso pela gua
A corroso pela gua ocorre em estruturas que mantm contato com algum meio
aquoso. As estruturas que se encontram em contato com a gua salgada tm uma taxa
de corroso muito maior daquelas que possuem contato com a gua doce.
f) Corroso microbiolgica
Ao corrosiva provocada por algumas bactrias, que em condies favorveis
agridem as estruturas.
g) Corroso eletroltica
De acordo com Dutra (1999, p. 21), designa-se corroso eletroltica aos processos
corrosivos de natureza eletroqumica, ocasionados em estruturas metlicas enterradas
ou submersas, como resultado de um fluxo indesejvel de corrente contnua dispersa
no eletrlito.
h) Corroso intergranular
Esse tipo de corroso, tambm conhecida por corroso intercristalina, ocorre
freqentemente nos aos inoxidveis.
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i) Corroso por compostos de enxofre
Esse tipo de corroso aparece principalmente em processos qumicos, petroqumicos
ou de petrleo, onde o enxofre aparece como resduo ou matria necessria ao
processo.
j) Corroso graftica
a corroso que ocorre nos ferros fundidos cinzentos, na presena de um eletrlito.
Nesse processo o material corrodo, deixando na superfcie uma camada porosa de
grafite e sem qualquer resistncia mecnica.
k) Dezincificao
Processo corrosivo que aparece em ligas de zinco, especialmente lates. Nesse
processo o material corrodo, deixando na superfcie uma camada porosa de cobre e
sem qualquer resistncia mecnica.
l) Corroso em concreto
Esse tipo de corroso normalmente ocorre por incidncia de infiltraes na estrutura,
seja ela area, enterrada ou submersa. A corroso acontece principalmente na
armadura dessas estruturas, podendo atingir a camada de concreto.
m) Corroso sob fadiga
Processo de corroso associado fadiga do material.
n) Corroso sob tenso
A corroso sob tenso um processo de deteriorao de materiais metlicos, de fora
para dentro, submetidos a tenses estticas de trao.
De acordo com a literatura existente, pode-se ainda classificar a corroso em dois
grandes grupos:
Corroso eletroqumica, e;
Corroso qumica.
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2.1.3 Mtodos de Combate Corroso
H uma forma de combate para cada tipo de corroso conhecida.
2.1.3.1 Corroso eletroqumica
H vrios mtodos para se proteger estruturas da corroso eletroqumica. De acordo
com Dutra, esses mtodos baseiam-se em controlar ou at mesmo impedir o
funcionamento das clulas de corroso. Os principais mtodos so:
a) Prticas de Projeto
Consiste em evitar o aparecimento das pilhas de corroso, atravs de prticas
reconhecidamente eficazes.
b) Mtodos de proteo baseados no metal
Estes mtodos consistem na escolha da melhor liga metlica a ser usada, de acordo
com o ambiente agressivo que se tem. Inclui-se nesses mtodos a utilizao de ligas
resistentes corroso e a aplicao de tratamentos trmicos para o aumento da
resistncia corroso.
c) Modificaes do meio corrosivo
Pode-se controlar a corroso modificando-se o meio que a estrutura se encontra. Essas
modificaes podem ser fsicas, qumicas ou atravs da adio de determinados
compostos. Normalmente so utilizados:
Emprego da desaerao;
Diminuio da temperatura;
Emprego de inibidores de corroso;
Diminuio da velocidade do eletrlito.
d) Revestimentos protetores
Esse tipo de revestimento normalmente aplicado em superfcies metlicas, formando
uma espcie de barreira um dieltrico entre o metal da estrutura e o meio corrosivo.
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Divide-se em trs tipos principais: Orgnicos, Inorgnicos e Metlicos. Os principais
tipos de Revestimentos Orgnicos so:
Pintura industrial;
Revestimento com plstico;
Revestimento com borracha;
Revestimentos para tubulaes enterradas ou submersas.
Esse ltimo tipo de revestimento de grande importncia para este estudo. Como esse
trabalho trata de tubulaes metlicas enterradas, esse revestimento entra como um dos
itens que se deseja abordar.
Esse tipo de revestimento deve possuir algumas caractersticas para o seu devido uso:
Boa flexibilidade;
Boa resistncia mecnica;
Boa e permanente aderncia ao tubo;
Resistncia s caractersticas do solo, como acidez, alcalinidade, sais e bactrias;
Baixa taxa de absoro de gua;
Boa resistividade eltrica (resistncia eltrica);
Boa resistncia gua, vapor e produtos qumicos;
Boa estabilidade sob efeito da variao da temperatura;
Durabilidade;
Economicidade;
Facilidade de aplicao e reparo.
Os principais tipos de revestimentos orgnicos, empregados para tubulaes enterradas
so:
a) Revestimento com esmalte de alcatro e hulha (coal-tar):
Normalmente esse revestimento aplicado em duas espessuras, uma de 3 a 5 mm
(revestimento simples) ou outra de 6 a 8 mm (revestimento duplo). A primeira
aplicada em meios de mdia e baixa agressividade e o duplo em meios altamente
-
22
agressivos (gua do mar, solos de baixa resistividade, etc.), ou ainda em condies
severas de correntes de interferncia.
Segue abaixo o esquema de aplicao:
Limpeza dos tubos: com escovas e com jateamento comercial;
Aplicao de demo de tinta de fundo ou primer, que uma tinta de base
elastomrica e que seca por evaporao do solvente;
Aplicao do esmalte de alcatro de hulha, que feito a quente;
Aplicao imediata de uma camada de vu de fibra de vidro reforada e outra de
vu de fibra de vidro impregnado.
O esquema de aplicao do revestimento duplo consiste na aplicao, logo aps o vu
de fibra de vidro, de outra camada de esmalte de alcatro de hulha, com vu de fibra de
vidro e, finalmente, o vu de fibra de vidro impregnado.
A aplicao desse revestimento pode ser feito em campo ou na planta industrial, sendo
a segunda muito mais eficiente, devido ao melhor controle da qualidade da aplicao.
Para dutos submersos, aplica-se sobre o revestimento duplo de esmalte de alcatro de
hulha um revestimento de concreto, para evitar a flutuao negativa (deposio no
fundo).
Apesar desse tipo de revestimento ser muito utilizado, ele vem diminuindo
sensivelmente pelos seguintes motivos:
A resistividade eltrica desse tipo de revestimento decai expressivamente nos
primeiros 10 anos depois de aplicado. Dessa forma a proteo catdica mais
solicitada;
Elevada incidncia de reparos, devido a danos ocorridos no manuseio, transporte,
armazenamento e o lanamento dos tubos nas valas;
Problemas de poluio ambiental, devido ao desprendimento de gases txicos
durante aplicao;
Degradao devido incidncia dos raios solares no armazenamento superior a seis
meses;
Aparecimento de revestimentos modernos a base de polmeros.
-
23
b) Revestimento com asfaltos:
Esse tipo de revestimento muito parecido com o anteriormente citado (esmalte de
alcatro de hulha). Est em desuso tambm, pelos mesmos motivos do anterior e s se
diferencia pelo preo e pela qualidade, ambos inferiores.
c) Revestimento com fitas plsticas:
As fitas plsticas mais utilizadas so as de poliuretano, PVC e fitas de polister. Elas
so aplicadas helicoidalmente em torno do tubo a ser protegido, com sobreposio de
50% entre camadas. A aplicao pode ser mecnica ou manual. Trata-se de um
revestimento de qualidade inferior, pois na aplicao em campo pode no ser atendida
a especificao de 50%. No entanto, nos reparos em campo so muito utilizadas.
d) Revestimento com espuma rgida de poliuretano:
Normalmente aplicado em espessuras de 50mm, esse tipo de revestimento utilizado
para dutos metlicos enterrados que operam em condies especiais de temperatura.
Logo, uma caracterstica que se requer o isolamento trmico.
e) Revestimento com tinta base de coal-tar epoxi:
Revestimento considerado precrio devido a baixa resistncia mecnica que possui.
Esse revestimento tambm recebe o nome de epoxi piche de carvo.
f) Revestimento com polietileno extrudado:
Esse revestimento, considerado moderno por Dutra, utiliza polietileno de baixa
densidade, extrudado sobre o tubo metlico.
g) Revestimento com polipropileno extrudado:
Esse revestimento, muito parecido com o Revestimento com polietileno extrudado s
difere pelo polmero utilizado, Polipropileno extudado. A aplicao normalmente
feita em 3 camadas.
Os principais tipos de Revestimentos Inorgnicos so:
Anodizao;
Fosfatizao;
-
24
Revestimento com argamassa de cimento;
Cromatizao;
Revestimento com material cermico;
Revestimento com vidro;
Revestimento com esmalte vtreo.
Os Revestimentos Metlicos dividem-se em:
Cladizao;
Lining ou recobrimento;
Eletrodeposio;
Metalizao;
Deposio Qumica;
Imerso a Quente.
2.1.4 Definio
Segundo a Esteio (2004), A Proteo Catdica (Cathodic Protection) um
processo de proteo eltrica que faz uso de uma corrente induzida em dutos de ao
enterrados para complementar a proteo anti-corroso do revestimento j existente.
J Dutra (1999, p. 48) diz que a Proteo Catdica um mtodo de controle da
corroso, que consiste em transformar a estrutura a proteger no catodo de uma clula
eletroqumica ou eletroltica.
A proteo catdica s pode ser usada em estruturas enterradas ou submersas,
devido presena de um eletrlito contnuo. Isso no se consegue em estruturas areas, na
atmosfera.
2.1.5 Princpios Bsicos da Proteo Catdica
O emprego da proteo catdica no Brasil data da dcada de 60, com o
desenvolvimento da Petrobras. Hoje, a proteo catdica um ramo da engenharia
altamente especializado, com materiais, equipamentos e mtodos especficos, dos quais a
vida de alguns milhares de quilmetros de tubulaes metlicas submersas e enterradas
dependem.
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25
A aplicao dessa metodologia de combate corroso aplicada em diversas reas,
como segue:
Tubulaes subterrneas e submersas;
Tanques de armazenamento subterrneos;
Proteo das estruturas metlicas de piers;
Embarcaes metlicas;
Plataformas metlicas;
Proteo interna de tubulaes de gua;
Cmara interna de permutadores de calor;
Proteo da ferragem de armao e reforo do concreto.
O mecanismo bsico da proteo catdica baseado na corroso eletroqumica.
Esse tipo de corroso, como visto anteriormente, necessita de um eletrlito para que as
clulas de corroso (reas andicas e catdicas) se formem.
Se algum processo transformar as duas reas em catodo e o anodo for destinado a
alguma rea designada para este fim, o fluxo mencionado acima deixar de existir. Logo,
processo corrosivo deixar de existir na estrutura.
Dutra menciona que dessa proteo artificial criada no material , surgem as
seguintes conseqncias:
A superfcie do material polarizada, de forma que toda ela torne-se catdica;
Elevao do pH no entorno do catodo, favorecendo assim a proteo do material;
Na superfcie a ser protegida s aparecer reaes de reduo, jamais havendo
reao de oxidao.
2.1.6 Tipos de Proteo
Existem dois tipos de se aplicar a proteo catdica, ambos baseados na injeo de
uma corente eltrica na estrutura, atravs do eletrlito (DUTRA, 1999).
2.1.6.1 Proteo catdica galvnica
Nesse tipo de proteo, a corrente eltrica derivada da fora eletromotriz existente
entre o material a ser protegido e o outro material, escolhido para anodo.
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26
Devido s diferenas de potenciais galvnicos, que no ultrapassam 1,2V
dependendo do par metlico considerado, a resistncia global do sistema dever ser baixo,
para que se consiga uma corrente suficiente para proteger a estrutura metlica.
Como desvantagem desse tipo de proteo, citamos que o anodo necessita de
reposio peridica. Alm disso, apresenta limitaes no seu uso para proteo de
estruturas metlicas sujeitas a fortes correntes de interferncia e, no permite a regulagem
da corrente injetada. Como vantagem, esse sistema apresenta maior confiabilidade, sendo
menos sujeito a interrupes no seu funcionamento.
2.1.6.2 Proteo catdica por corrente impressa
Nesse sistema de proteo, a corrente eltrica provm de uma fonte geradora de
corrente contnua, que pode ser um gerador, uma bateria ou um retificador. Normalmente
so utilizados retificadores como fonte. Essa fonte utilizada em conjunto com o leito de
anodos, que o dispesor de corrente no eletrlito, normalmente constitudo de anodos
inertes.
Para cada tipo de instalao, deve-se procurar o material mais adequado para
compor o leito de anodos. Segue tabela abaixo com os tipos de materiais utilizados.
Tabela 1 - Materiais para anodos inertes
Material do Anodo Uso Grafite Solos, gua doce e gua do mar Ferro-Silcio Solos e gua doce Ferro-Silcio-Cromo Solos, gua doce e gua do mar Chumbo-Antimnio-Prata gua do mar Titnio platinizado gua do mar Titnio revestido (xido de metais nobres) Solos, gua doce e gua do mar Nibio platinizado gua do mar Magnetita Solos, gua doce e gua do mar
FONTE: DUTRA, Aldo Cordeiro. Proteo Catdica: Tcnica de Combate Corroso. Rio de Janeiro.
Editora Intecincia, 1999.
Nesse tipo de proteo de extrema importncia a verificao da ligao dos plos
positivo e negativo da fonte de corrente contnua. O primeiro, plo positivo dever ser
ligado ao leito de anodos. O segundo, plo negativo, conectado na estrutura que se quer
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27
proteger. Caso haja uma inverso nessas ligaes, poder ocorrer o contrrio do que se
deseja, ou seja, a estrutura deixar de estar protegida e em processo de corroso acelerada.
2.2 Resistividade
Um dos grandes fatores que influenciam no sucesso da tcnica PCM est relacionado
com os parmetros eltricos do solo.
Para restringir seus efeitos, de fundamental importncia que na instalao do
transmissor PCM, o seu aterramento possa ser realizado em um leito de anodos de um
retificador existente ou em um aterramento provisrio instalado especialmente para a
conexo do transmissor.
Essa importncia devida ao fato de o fluxo do sinal gerado pelo transmissor
comportar-se de forma semelhante ao da prpria corrente de proteo catdica, isto , ele
deve ser injetado atravs do sistema de aterramento retornando ao transmissor pelo seu
terminal de entrada de sinal conectado no duto a ser inspecionado.
Para o correto funcionamento do aterramento, necessrio conhecer a resistividade do
solo, bem como suas caractersticas no que diz respeito ao tipo ou tipos de solos, sua
estratificao em camadas, teor de umidade, temperatura etc.
A elevao da umidade interfere significantemente na resistividade, pois forma um
meio eletroltico favorvel passagem de corrente inica, atravs da dissoluo de sais
contidos no solo.
Conforme Carstens (2003), outro fator que influencia na variao da resistividade
eltrica do solo a temperatura. Para valores de temperaturas entre 10 a 60 C seu valor
no varia muito. Porm, para valores prximos a 100 C, a resistividade aumenta
significativamente, devido ao estado de vaporizao, que deixa o solo mais seco. Esse
aumento tambm verificado para valores de temperatura abaixo de zero. Tais
caractersticas em comum se devem ao fato de o solo se tornar mais seco, dificultando a
passagem de corrente eltrica.
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28
2.2.1 Medio da Resistividade do Solo
Dentre os mtodos mais conhecidos para o levantamento dos valores de
resistividade esto o Mtodo de Wenner, Mtodo de Lee e o Mtodo de Schlumberger
Palmer.
As informaes obtidas sobre a resistividade dos trechos em estudo so
provenientes da utilizao do Mtodo de Wenner ou Mtodo dos Quatros Pinos, segundo
NBR 7117.
Esse mtodo utiliza um Megger (Terrmetro / Telurmetro) para medir valores de
resistncia necessrios para o clculo da resistividade do solo (ver Figura 1). O
equipamento em questo possui dois terminais de corrente (A e B) e dois terminais de
potencial (M e N). O emprego de uma corrente eltrica artificial que introduzida no
terreno atravs dos eletrodos A e B, tem como objetivo gerar um potencial nos eletrodos M
e N, que dever ser detectado pelo instrumento, indicando o valor da resistncia eltrica
medido entre estes eletrodos.
Figura 1 - Medio da resistividade eltrica do solo
Fonte: ELIS, Vagner Roberto. Mtodos eltricos e eletromagnticos, disponvel em:
. Acesso em 03/03/2004.
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29
Esse mtodo considera que praticamente 58% da distribuio de corrente que passa
entre as hastes externas ocorre a uma profundidade igual ao espaamento entre as hastes.
Para que as medies tenham uma exatido considervel, deve-se seguir alguns preceitos
bsicos:
As hastes devero ter aproximadamente 50 cm de comprimento com dimetro entre
10 e 15 mm;
Durante a medio as hastes devero estar sempre alinhadas, igualmente espaadas
cravadas a uma mesma profundidade (20 a 30 cm) e bem limpas, isentas de
xidos ou gorduras;
O aparelho e a carga da bateria devero estar em boas condies e durante a
medio ele dever estar posicionado simetricamente entre as hastes;
As condies do solo devero ser levadas em considerao (seco ou mido);
Por questes de segurana no devem ser realizadas medies em dias que houver
riscos de descargas atmosfricas, no deixar que pessoas estranhas ou animais se
aproximem do local e utilizar calados e luvas de isolao para executar as
medies.
Outra medida que auxilia na obteno de valores mais precisos de resistividade a
realizao de diversas medies em cada direo considerada. Sendo dada especial ateno
para regies de banhados, cruzamentos com rodovias, linhas de transmisso de alta tenso
e ferrovias.
Atravs dos dados obtidos em campo, deve-se trat-los para avaliar quais sero
utilizados e quais devero ser desprezados. Esta avaliao deve ser realizada da seguinte
forma:
Aps o clculo aritmtico dos valores de resistividade para cada espaamento,
deve-se calcular a diferena entre cada valor de resistividade e a mdia de seu
espaamento;
Valores com desvio acima de 50% devero ser desprezados. Abaixo disso sero
aceitos;
De acordo com o nmero de desvios acima de 50%, recomenda-se fazer novas
medidas no local.
Com as resistividades mdias para cada espaamento, tm-se os valores definitivos
para traar a curva (resistividade) x l (espaamento mdio).
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30
Na Figura 2, pode-se ver o equipamento utilizado para a medio da resistividade
do solo, um Resistivmetro marca Nilsson 400 e cabos de comprimentos variados,
desde 2 at 36 metros;
Figura 2 - Equipamento Nilsson.
Fonte: Esteio Engenharia e Aerolevantamentos S.A, disponvel em:
. Acesso em 15/03/2004.
2.3 Mtodo de Atenuao de Corrente (Tcnica PCM - Pipeline Currente
Mapper)
A corroso externa uma das maiores causas de vazamentos em tubulaes
enterradas, assim, os dutos devem ser protegidos contra o processo corrosivo, o que pode
ser feito mediante uma combinao entre Revestimentos Mecnicos e Sistemas de
Proteo Catdica, como j foi citado anteriormente no tpico sobre Proteo Catdica.
A inspeo da proteo anticorrosiva (revestimento e proteo catdica) de um duto
metlico subterrneo visa obter parmetros essenciais para o gerenciamento e controle da
corroso, de tal forma a colaborar na preservao do duto em bom estado.
Entre as tcnicas existentes para se inspecionar a eficcia da proteo anticorrosiva
de um duto subterrneo iremos descrever a metodologia de funcionamento da Tcnica ou
Mtodo de Atenuao de Corrente. O embasamento terico da tcnica estudada foi obtido
-
31
a partir de bibliografia especfica e material disponibilizado pelas empresas Esteio,
Petrobras/Transpetro e Radiodetection.
Este mtodo tem uma caracterstica que o torna muito vantajoso neste caso em que
importante se manter o duto em operao durante a inspeo da sua proteo
anticorrosiva. A sua aplicao feita sobre a superfcie do solo, sem interferir com a
operao do duto, coletando informaes sobre os dois sistemas de proteo anticorrosiva
(revestimento e proteo catdica), as quais iro proporcionar a elaborao de um plano
pr-ativo de controle da corroso externa.
Basicamente o objetivo desta tcnica mapear a distribuio da corrente simulada
de proteo catdica ao longo de um duto subterrneo e identificar os locais com consumo
excessivo de corrente. Por conseqncia possvel determinar os pontos de degradao do
revestimento de proteo do duto e possveis interferncias eltricas que estejam afetando
os mesmos.
2.3.1 Descrio da Tcnica PCM
O mtodo PCM, tambm conhecido no Brasil como Mtodo de Atenuao de
Corrente, combina tcnicas de localizao e avaliao do revestimento anticorrosivo de
tubulaes metlicas subterrneas por meio de uso de campos eletromagnticos. Este
mtodo aplicado com o uso do equipamento digital PCM, fabricado pela empresa
Radiodetection Corporation responsvel pelo desenvolvimento do mtodo.
Para mapear e avaliar as condies da proteo anticorrosiva esta tcnica utiliza
uma corrente (chamada de corrente PCM) cujo comportamento similar corrente de
proteo catdica, mas passvel de ser detectada a partir da superfcie, atravs de um
magnetmetro capaz de ler o seu campo magntico induzido no duto.
O mapeamento da corrente PCM feito atravs de leituras em intervalos regulares,
o que permite obter a distribuio da corrente ao longo da tubulao e identificar os pontos
de consumo desta corrente. Estes pontos de consumo podem estar associados existncia
de falhas no revestimento externo da tubulao que podero ser detectados atravs da
tcnica complementar ACVG (Alternate Current Voltage Gradient) tambm desenvolvida
pela Radiodetection Corporation.
Resumindo o mtodo PCM consiste em injetar um sinal detectvel (onda
eletromagntica de freqncia conhecida 4Hz) no duto metlico enterrado a ser localizado
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32
e captar este sinal ao longo do mesmo, utilizando-se de um receptor calibrado na mesma
freqncia. Para a captao deste sinal no necessrio que se estabelea contato eltrico
com o duto.
Utiliza-se um transmissor porttil capaz de injetar uma combinao de sinais de
freqncias distintas sobrepostas e um aparelho receptor porttil composto por uma srie
de sensores em configurao especial e um visor digital onde so mostradas as
informaes. A Figura 3 e a Figura 4 mostram um operador PCM manuseando o receptor
porttil e a maleta do transmissor porttil.
Figura 3 - Estrutura Fsica do Receptor Porttil
Fonte: Esteio Engenharia e Aerolevantamentos S.A, disponvel em:
. Acesso em 15/03/2004.
Figura 4 - Estrutura Fsica do Transmissor PCM
Fonte: Esteio Engenharia e Aerolevantamentos S.A, disponvel em:
. Acesso em 15/03/2004.
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33
Na memria do equipamento podem ser armazenados os seguintes parmetros:
Corrente de 4 (quatro) Hz (simulao da corrente de proteo catdica);
Corrente de decibis (dB);
Profundidade;
Sentido da corrente de teste.
O equipamento possibilita armazenar na memria dados coletados com relao
localizao e profundidade, permitindo assim, gerar grficos e relatrios para posterior
anlise e correlao no campo.
2.3.2 Aplicao da Tcnica PCM
O procedimento para aplicao da Tcnica PCM ou Mtodo de Atenuao de
Corrente foi desenvolvido para se estabelecer as melhores prticas no emprego desta
tcnica, de modo que, os resultados por ela obtidos sejam padronizados, aumentando assim
sua eficcia e conseqentemente sua confiabilidade.
2.3.2.1 Levantamento de Informaes e Preparao do Duto
Antes do incio das medies deve ser elaborado um planejamento prvio das
diversas etapas em que o mtodo consiste, baseando-se no maior nmero possvel de dados
coletados a respeito do duto e da faixa de dutos em que o mtodo ser aplicado. Este
levantamento deve priorizar informaes referentes ao planejamento e a realizao da
inspeo tais como:
Planta e/ou mapa detalhado da faixa de duto(s) com as seguintes informaes:
Nome e quantidade de dutos existentes na faixa;
Dimetros do(s) duto(s);
Revestimento(s) do(s) duto(s);
Posio do(s) duto(s) na faixa.
Relao de equipamentos de proteo catdica existentes na faixa de duto(s), na
qual conste:
Listagem de retificadores e pontos de testes eletrolticos (PTE).
-
34
Listagem de equipamentos de drenagem, vlvulas, juntas de isolamento, etc.
Verificar a existncia e obter a listagem de dutos, estruturas e equipamentos de
terceiros.
Relao de todas as interligaes existentes entre o(s) duto(s) e/ou estruturas de
terceiros.
Efetuar uma inspeo visual da faixa e listar pontos crticos tais como, rios,
terrenos alagados, acidentados, e locais onde haja movimentao de solo, etc.
2.3.2.2 Isolamento do Duto
Para se garantir a eficcia do mtodo, o trecho do duto a ser inspecionado deve
estar completamente isolado de outras estruturas metlicas existentes nas proximidades,
incluindo outros dutos existentes na faixa. O isolamento eltrico do duto consiste na
remoo de interligaes eltricas (jumpers) existentes entre o duto que ser inspecionado
com outras estruturas metlicas existentes nas proximidades, isto para garantir a fluncia
do sinal injetado pelo transmissor somente no duto a ser inspecionado.
O isolamento realizado desconectando-se o cabo correspondente ao duto que ser
inspecionado dos outros cabos e interligaes em retificadores, pontos de testes, caixas de
interligaes, etc.
Deve-se considerar duas condies possveis nesta etapa de isolamento do duto:
Quando existir somente um duto na faixa
Quando existir somente um duto na faixa o isolamento dever ser realizado
somente se existir outras estruturas metlicas na proximidade tais como: tubulaes de
terceiros; redes frreas; tubulaes camisa; etc.
Quando existir dois ou mais dutos na faixa
Quando existir mais de um duto na faixa o isolamento dever ser realizado de
acordo com o planejamento acordado com o contratante, sendo tecnicamente possveis
duas possibilidades: isolamento total do duto (procedimento preferencial) ou isolamento
parcial do duto (procedimento alternativo).
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35
Para o isolamento total do duto a ser inspecionado deve-se seguir os passos abaixo
citados, conforme procedimento citado abaixo:
Desligar todos os retificadores (quando o seu leito de anodos utilizado para
injeo de sinal) e desconectar todas as interligaes eltricas dos cabos de
todos os dutos, identificando-os para posterior religamento. Est prevista a
possibilidade de se desligar tantos retificadores quantos necessrios para a
realizao dos servios, no entanto, todos os retificadores devero ser religados
ao final do dia;
Proteger as extremidades dos cabos removidos de contatos indevidos com fita
isolante;
Proteger a extremidade dos cabos removidos de contatos indevidos com fita
isolante em todos os PTEs.
Para o isolamento parcial do duto a ser inspecionado, antes de se iniciar o
procedimento, necessrio realizao do Teste de Alcance e Seletividade do Sinal. Este
teste importante para obter o ajuste do sinal no duto a ser inspecionado de maneira a
minimizar a interferncia dos demais dutos existentes na faixa sobre o mesmo, e a sua
realizao deve ocorrer apenas aps o isolamento do trecho a ser inspecionado.
A extenso do trecho a ser isolado deve ser determinada atravs de testes prticos
de campo e em funo da extenso do trecho liberado para inspeo, da disponibilidade de
pontos de injeo de sinal e do prprio alcance e seletividade do sinal.
A seletividade do sinal no duto a ser inspecionado deve assegurar um sinal com
qualidade em sua extenso e o menor sinal possvel nos dutos adjacentes mesmo que para
tal seja necessrio reduzir a corrente injetada ou relocar o transmissor a um ponto mais
remoto. Define-se por alcance a distncia entre o ponto de injeo de sinal em um
retificador ou PTE (Ponto de Teste Eletroltico) at os pontos localizados a montante e a
jusante deste ponto onde se detecte a existncia de sinal. Portanto:
Equao 1 - Alcance do ponto de injeo de sinal
)6...321( LLLLSAlcance ++++=
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36
Vale ressaltar que os passos abaixo citados devem ser seguidos para o isolamento
parcial do duto:
Determinar o ponto de injeo de sinal;
Desconectar o cabo do duto a ser inspecionado e remover as interligaes entre
dutos no(s) retificador(es) e PTEs no trecho inspecionado de acordo com o
alcance do sinal (ver Figura 5);
Verificar que o trecho a ser isolado dever ser necessariamente maior que o
alcance do sinal;
Proteger a extremidade dos cabos removidos de contatos indevidos com fita
isolante;
O isolamento realizado nos PTEs deve ser realizado removendo-se a
interligao do duto a ser inspecionado em todos os PTEs antes de se iniciar a
inspeo e interligando-se ao final da inspeo.
Figura 5 - Esquema para teste de alcance e seletividade de sinal
Fonte: Esteio Engenharia e Aerolevantamentos S.A, disponvel em:
. Acesso em 15/03/2004.
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2.3.2.3 Instalao do Transmissor
O transmissor PCM tem a funo de gerar a combinao de sinais detectveis que
permitem a realizao da inspeo do duto, o mesmo deve ser instalado em um ponto da
tubulao que permita o contato fsico de seu terminal de sada de sinal com o duto a ser
inspecionado. Em geral, instala-se o transmissor em retificadores ou pontos de testes
eletrolticos (PTE), mas pode ser instalado, quando necessrio, em vlvulas, pontos de
corte da tubulao, etc.
O fluxo do sinal gerado pelo transmissor comporta-se de forma semelhante ao da
prpria corrente de proteo catdica, ou seja, ele deve ser injetado atravs de um
aterramento retornando ao transmissor pelo seu terminal de entrada de sinal conectado no
duto a ser inspecionado.
Segundo as recomendaes do fabricante, para melhor refrigerao o transmissor
deve trabalhar sempre com sua tampa aberta, mas devidamente protegido da chuva e
umidade.
Alimentao do transmissor
Por corrente contnua (CC)
O transmissor pode ser alimentado por corrente contnua com tenso de 20 a 50 V,
utilizando-se baterias veiculares para tal. A seguir so citados os passos que devem ser
seguidos para alimentao do transmissor em CC.
Utilizar duas a quatro baterias 12 V ligadas em srie de maneira a obter 24, 36
ou 48 VCC;
Verificar, com um voltmetro, a tenso das baterias ligadas em srie;
Com o transmissor desligado conectar o cabo de alimentao CC no
transmissor;
Conectar o terminal positivo (vermelho) no terminal positivo da 1 bateria;
Conectar o terminal negativo (preto) no terminal negativo da ltima bateria;
Ligar o transmissor na corrente de sada mnima e na freqncia desejada;
Aumentar gradativamente a corrente de sada do transmissor tomando o
cuidado de aguardar que o visor indique a corrente selecionada.
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38
O transmissor pode ser alimentado, tambm, por corrente alternada com tenso de
110 ou 220 V dependendo da configurao solicitada do equipamento no ato da aquisio.
Em geral se utiliza um ponto de energia existente junto ao retificador, a rede de
alimentao do prprio retificador ou mesmo um gerador porttil. A seguir so citados os
passos a serem seguidos.
Verificar se a tenso da fonte CA apropriada para o transmissor;
Com o transmissor desligado conectar o cabo de alimentao CA no
transmissor;
Ligar o transmissor na corrente de sada mnima e na freqncia desejada;
Aumentar gradativamente a corrente de sada do transmissor tomando o
cuidado de aguardar que o visor indique a corrente selecionada;
Aterramento do transmissor.
O aterramento do transmissor pode ser realizado em um leito de anodos de um
retificador existente ou em um aterramento provisrio instalado especialmente para a
conexo do mesmo.
Para se obter a condio ideal para injetar a maior quantidade de sinal possvel
(mesmo que no se utilize a corrente de sada mxima) essencial que se observe alguns
fatores para execuo do aterramento, tais como:
Solo de baixa resistividade eltrica;
Nmero suficiente de anodos ou hastes para que se obtenha a menor
impedncia possvel;
Instalar em local o mais afastado possvel e perpendicular tubulao que ser
inspecionada.
O leito de anodos do retificador o melhor aterramento que se pode utilizar para
instalar o transmissor, pois ele projetado e executado para que tenha exatamente as
caractersticas que se deseja em um aterramento para o transmissor PCM. No retificador h
uma fonte de energia para alimentao do transmissor e contato eltrico com o duto (cabo
soldado ao duto) o que torna o local preferencial para instalao do transmissor PCM.
Ao se instalar o transmissor PCM fora de um retificador, como em um PTE,
necessrio realizar um aterramento provisrio. Este aterramento utilizado somente
durante o perodo em que este ponto (PTE) for utilizado como ponto de injeo de sinal
-
39
sendo, normalmente, desmontado quando se muda para outro ponto de injeo para que
possa ser reaproveitado.
Conforme sugerido pela empresa responsvel pelo procedimento e aplicao da
Tcnica PCM, para se instalar um aterramento provisrio necessrio utilizar em
quantidade adequada:
Hastes de aterramento de ao-cobreado de 5/8 x 1,50 m;
Conectores para hastes de aterramento;
Fio flexvel de cobre de 2,5 mm2.
Figura 6 - Esquema para aterramento provisrio
Fonte: Esteio Engenharia e Aerolevantamentos S.A, disponvel em:
. Acesso em 15/03/2004.
importante ressaltar que para este tipo de configurao deve-se instalar o
aterramento sempre a partir do PTE em direo ao lado oposto da faixa e nunca cruzando a
mesma, ou seja, evitar que o cabo de aterramento cruze com os dutos. No aterramento
provisrio, o nmero de hastes necessrio ser uma funo diretamente proporcional
corrente que se deseja selecionar no transmissor e a resistividade do solo em que estas
forem cravadas.
A conexo do transmissor realizada conectando-se fisicamente os cabos de
entrada e sada de sinal do equipamento no cabo que soldado ao duto a ser inspecionado
e ao aterramento.
Apesar do procedimento da conexo ser padro, a empresa responsvel pela
elaborao do procedimento para aplicao do mtodo estudado, detalha duas situaes
tpicas, as quais so citadas abaixo.
-
40
Para a instalao do transmissor PCM onde s houver um duto na faixa deve-se
seguir os seguintes passos:
Desconectar os cabos do duto e do leito de anodos na caixa de interligao;
Conectar o terminal de sada de sinal (verde) no aterramento;
Conectar o terminal de entrada de sinal (branco) no cabo soldado ao duto;
Selecionar a freqncia desejada;
Ligar o transmissor na corrente mnima;
Aumentar gradativamente a corrente de sada do transmissor tomando o
cuidado de aguardar que o visor indique a corrente selecionada.
Para a instalao do transmissor PCM onde houver mais que um duto na faixa
deve-se seguir os seguintes passos:
Desconectar o cabo do duto a ser inspecionado do retificador ou PTE;
Conectar o terminal de sada de sinal (verde) no aterramento;
Conectar o terminal de entrada de sinal (branco) no cabo soldado ao duto;
Selecionar a freqncia desejada;
Ligar o transmissor na corrente mnima;
Aumentar gradativamente a corrente de sada do transmissor tomando o
cuidado de aguardar que o visor indique a corrente selecionada.
A corrente de sada selecionada em funo de duas variveis: o alcance desejado e
a impedncia total do circuito (aterramento+conexo). Em geral deve-se procurar injetar a
maior corrente possvel respeitando sempre o isolamento do duto.
No caso de no ser possvel isolar um longo trecho do duto pode-se optar por
trabalhar com o transmissor a uma corrente menor do que a desejada para garantir o
isolamento do mesmo e a seletividade do sinal.
Para o caso em que o isolamento no problema, deve-se selecionar a maior
corrente de sada possvel desde que os leds de advertncia de cor mbar fiquem apagados
ou acesos at o limite de 60 volts. No se deve trabalhar com o transmissor injetando sinal
com tenso de 80 volts sob o risco de este desligar automaticamente aps algum perodo de
tempo.
No transmissor PCM existe um painel de advertncia que fornece um diagnstico
de como est sendo injetado o sinal detectvel. Caso o sistema esteja funcionando
-
41
perfeitamente e tanto o aterramento quanto conexo com o duto suportem a corrente de
sada selecionada, acender no painel, um led verde indicativo junto legenda Output
OK. Caso existam problemas os leds indicativos indicaro o possvel problema no painel
para o operador.
Tabela 2 - Relao entre advertncias e diagnsticos indicados pelos leds indicativos
Fonte: Esteio Engenharia e Aerolevantamentos S.A, disponvel em:
. Acesso em 15/03/2004.
A freqncia de trabalho deve ser selecionada em funo do objetivo da inspeo e
do alcance que se deseja obter do sinal. O transmissor PCM capaz de injetar quatro
freqncias distintas, conforme mostrado em tabela abaixo:
Tabela 3 - Tipos de freqncias
Fonte: Esteio Engenharia e Aerolevantamentos S.A, disponvel em:
. Acesso em 15/03/2004.
-
42
Para se realizar o Mtodo de Atenuao de Corrente PCM com eficcia
essencial que se localize o duto a ser inspecionado com a mxima preciso possvel. A
localizao deve ser realizada aps se ter isolado o duto a ser inspecionado, instalado o
transmissor e o sinal ter sido injetado adequadamente.
Deve-se seguir os passos abaixo listados em todos os pontos de leitura, segundo
empresa responsvel pela elaborao do procedimento para aplicao da Tcnica PCM:
Localizar o duto pelo modo Pico;
Verificar o alinhamento provvel do duto rotacionando o receptor sobre o seu
eixo at que o sinal desaparea completamente ou atinja sua menor
intensidade. Neste ponto as laterais do receptor estaro alinhadas
longitudinalmente com o duto. Girar o receptor em 90 graus e confirmar o
ponto de Pico;
Confirmar a localizao deste pelo modo Nulo;
Anotar a distncia aproximada entre o ponto de Pico e o ponto de Nulo (ver
Figura 7).
Caso a posio onde foi detectado o ponto de Pico coincidir com a posio onde foi
detectado o ponto de Nulo deve-se efetuar as leituras a seguir e anot-las:
Leitura da profundidade;
Leitura da corrente de localizao;
Efetuar a leitura da corrente PCM e anotar inclusive o sentido da mesma;
Anotar o nmero da leitura e a distncia entre o ponto da leitura atual e do
ponto de insero do cabo de retorno.
-
43
Figura 7 - Relao entre ponto de pico e ponto de nulo
Fonte: Esteio Engenharia e Aerolevantamentos S.A, disponvel em:
. Acesso em 15/03/2004
2.3.2.4 Levantamento GPS
Segundo o procedimento elaborado pela empresa Sondeq Comercial Equipamento
Ltda. o levantamento GPS pode ser descrito da seguinte forma:
A tcnica de levantamento cinemtico usa um ou mais receptores de referncia
estacionados sobre pontos conhecidos enquanto um ou mais receptores mveis se
movimentam, parando em vrios pontos para gravar suas posies. As observaes da fase
da portadora so armazenadas em ambos receptores e ento combinados durante o
processamento para determinar os vetores da base ao mvel. Existe ainda a alternativa das
observaes serem armazenadas no coletor, ao invs de serem armazenadas na antena.
2.3.2.5 Processamento GPS
Ao trmino das atividades de trabalho os equipamentos so descarregados
diretamente para um computador, no qual os dados do receptor GPS base tambm so
descarregados. Para a etapa de processamento, ser utilizado o software GPSURVEY 2.3A
for Windows fornecido pela TRIMBLE-Navigation (mesma marca dos equipamentos).
-
44
Nesta etapa do processamento ser verificada a soluo de cada um dos vetores
medidos, basicamente esta avaliao feita em funo do resultado dos mesmos, que
poder ser: fixed (ponto foi aceito) ou float (ponto rejeitado) que dever ser reocupado em
campo.
2.3.2.6 Tcnica A-Frame
Esta tcnica permite localizar a partir da superfcie do solo, as falhas no
revestimento anticorrosivo do duto enterrado. Este tipo de inspeo chamado de
avaliao quantitativa do revestimento.
Aps o trmino do Mapeamento de Corrente PCM e interpretao dos resultados de
atenuao da corrente so apontadas as regies com a existncia de possveis falhas no
revestimento externo do duto, onde devero ser realizados o levantamento pontual de
falhas com o auxlio da tcnica A-frame.
Esta tcnica tambm utilizada isoladamente, quando o trecho de uma tubulao
que se deseja determinar a existncia de possveis falhas no revestimento externo
pequeno (menor que 1.000 metros), no qual a realizao do levantamento da Atenuao da
Corrente PCM no prioritria.
Neste caso utiliza-se o equipamento A-frame acoplado ao receptor PCM. Este
equipamento possui dois sensores montados em um suporte em forma da letra A (da o
nome A-frame) de maneira a permitir que os dois sensores possam ser cravados
simultaneamente no solo para o levantamento da existncia de falhas no revestimento.
Depois de cravado o equipamento no solo, o visor do receptor PCM indicar, caso o
equipamento detecte uma falha de revestimento na proximidade, uma seta indicando a
posio da falha, conforme mostrado na figura abaixo.
-
45
Figura 8 - Indicao de falha Tcnica A-Frame
Fonte: Esteio Engenharia e Aerolevantamentos S.A, disponvel em:
. Acesso em 15/03/2004.
Figura 9 - Operador utilizando a Tcnica A-Frame
Fonte: Esteio Engenharia e Aerolevantamentos S.A, disponvel em:
. Acesso em 15/03/2004.
-
46
Para a utilizao e eficcia desta metodologia necessrio que se conhea a precisa
posio do duto, para que o operador caminhe longitudinalmente ao longo do duto,
cravando os sensores sobre o mesmo localizando e sinalizando as falhas no revestimento.
Os passos a serem seguidos para localizao das falhas no revestimento so os
seguintes:
Cravar o A-frame no solo sobre o duto com o sensor vermelho voltado para o
transmissor PCM;
Caso esteja na proximidade de uma falha, uma seta no painel do receptor
indicar o sentido a seguir. Caso a prxima falha esteja distante as setas no
ficaro constantes no visor ou simplesmente no aparecero;
Cravar sucessivamente o A-frame no solo a cada 5 metros, seguindo o sentido
da seta;
A seta converge para a falha do revestimento. Quando a seta inverter de
sentido, retornar posio anterior e cravar o A-frame a cada metro at o ponto
onde a seta converge;
O Ponto de convergncia corresponde uma falha no revestimento do duto;
Determinar o epicentro da falha realizando a mesma inspeo com o A-frame
no sentido perpendicular ao duto;
Sinalizar e numerar a falha com piquetes ou estacas durveis e visveis para
futuro reparo;
Anotar os seguintes dados: nmero da falha; distncia a um ponto de
referncia; leitura correspondente falha que aparece no visor do equipamento
e observaes;
Continuar o percurso at a seta convergir para outro ponto de falha;
Entre uma falha e outra haver um ponto, onde a seta divergir o que no
corresponde a uma falha. As falhas sero indicadas por setas convergentes
somente.
-
47
2.4 Eletromagnetismo
No equipamento PCM (transmissor e receptor) so combinadas tcnicas de
inspeo e mapeamento de dutos por meio de campos eletromagnticos.
Estes campos eletromagnticos so gerados a partir da injeo de corrente, com
caractersticas especficas, no duto a ser inspecionado, e tem o seu retorno pela terra.
Diante da impossibilidade de se determinar com exatido todos as variantes que
interferem na utilizao da Tcnica PCM, buscou-se desenvolver uma formulao
matemtica que fornecesse uma aproximao de valores dos parmetros de Resistncia e
Capacitncia por unidade de comprimento.
Durante o equacionamento das variveis envolvidas, tornou-se necessrio utilizar
valores mdios de grandezas e caractersticas inerentes s faixas de dutos, bem como fazer
algumas consideraes de ordem prtica. Dentre estas consideraes, adota-se um modelo,
Figura 10, em que a corrente flui no duto, atravs de um cilindro, ou mais
especificamente, pela casca do duto, e a corrente de retorno pelo solo, flui atravs de um
paraleleppedo, onde o comprimento dado pela extenso do duto analisado (em km), a
profundidade dada pela altura das hastes de aterramento (dois metros) e a largura dada
pela distncia total resultante da soma do nmero de hastes dispostas a cada dois metros
(considerou-se quatro hastes). Ainda observa-se que a capacitncia concentrada no final
do duto, no lado oposto injeo de corrente.
-
48
Figura 10 - Fluxo da Corrente
Na tabela 4, esto listados os valores que foram utilizados para a determinao das
caractersticas eltricas do solo e de um duto genrico.
Tabela 4 - Parmetros adotados
Descrio Smbolo Valor adotado
Dimetro externo do duto Dext 0,50 [m]
Dimetro interno do duto Dint 0,48 [m]
Resistividade do solo solo 300 [.m]
Condutividade do cobre cu 5,7x107 [S / m]
Condutividade relativa do duto r 0,2
Espessura do isolante 0.01 [m]
Constante de permissividade do vcuo 8,854x10-12 [F / m]
Permissividade relativa do isolante 5
-
49
2.4.1 Determinao da Resistncia e Capacitncia
a) Clculo da Resistncia de um duto genrico
Rl
SR
l Sduto
duto duto
duto
duto duto= = 1 1 1
(2.1)
onde:
Rlduto
- Resistncia do duto por unidade de comprimento[];
duto Valor da condutividade do duto[S / m];
Sduto Superfcie da casca do duto [m2];
Para a utilizao da expresso (2.1), torna-se necessrio calcular os valores de
condutividade eltrica (2.2) e rea do duto (2.3).
duto r cu= . (2.2)
[ ][ ]
duto
duto
S m
S m
=
=
0 2 5 7 10
114 10
7
7
, , /
, /
( )S Rduto xterno erno= Re int2 2 (2.3)
S
S m
duto
duto
=
=
0 52
0 482
1539 10
2 2
2 2
, ,
, [ ]
Com os resultados das expresses (2.2) e (2.3) substitudos na expresso (2.1),
obtemos o valor para a Resistncia eltrica do duto.
-
50
[ ]
[ ]
Rl
Rl
m
Rl
km
duto
duto
duto
=
=
=
1114 10
11539 10
5 698 10
5 698 10
7 2
6
3
, ,
, /
, /
b) Clculo da Resistncia do solo
Na determinao da resistncia do solo, Ssolo a rea de um paralelogramo dado por
base (distncia equivalente a soma das distncias entre as quatro hastes consideradas,
portanto igual a 6 m) vezes a altura (no caso 2 m, valor que representado pela altura das
hastes de aterramento). Portanto:
Rl
SR
lsolo
solo
solo= = ..
3001
2 6 (2.4)
[ ] Rlsolo = 25
c) Clculo da Capacitncia do duto
O Solo um elemento condutor de eletricidade, ento, para o clculo da
capacitncia por unidade de comprimento, utiliza-se a representao contida na Figura 11.
Figura 11 - Vista em corte de um duto
-
51
Considera-se que o campo perpendicular em todos os pontos da superfcie do
duto. Na Figura 12, temos a representao de um comprimento l do duto em coordenadas
cilndricas.
Figura 12 Vista de um duto
Atravs da expresso (2.5), ser possvel calcular o valor da capacitncia por
unidade de comprimento.
CQV
= (2.5)
Da expresso (2.5), temos que encontrar V que ser dado pela expresso (2.6):
V E dl= _
. (2.6)
Para o estudo de um duto (Figura 12), a utilizao das expresses (2.7), (2.8), (2.9)
e (2.10), nos auxiliar na resoluo da expresso (2.5).
div D _
= (2.7)
div D dv dvv _
. .= (2.8)
-
52
D d QS_
. = (2.9)
D d E dS r S_
. ._
. = (2.10)
Para um cilindro de altura l, o campo sempre ser perpendicular superfcie lateral.
Nas bases, os vetores E_
e d S_
so perpendiculares. Ento:
r S lateral r S base r r Slateral S r
rr
E d E d E d E r h
S r h
r h E Q EQ
r h
._
. . . . . . . . .. . . .
. . .
. . . .. . .
..
= + = =
=
= =
0 2
2
22
Ento:
V E dlQ
r hdr
Qh
drr
drr
r t
r r
ex
= = = . . . ..
. ..
int .,
,
. ,
,
2 20 250 255
0 25
0 255
dl dr=
[ ]V Qh
rQ
hr r
Qh
rrr r
r
rext
r
extext
= = = . .
int. int. .
.ln. .
. ln ln. .
.lnint2 2 2
(2.11)
Assim, substituindo a expresso (2.11) na expresso (2.5), obtemos a capacitncia
por unidade de comprimento, com h = l:
CQV
QQh
rr
hrrr
ext
r
ext= = =
2
2
. . ..ln
. . .
lnint int
-
53
Cl r
r
r
ext= 2. .
lnint
[ ]Cl
nF m= =2 50 2550 25
14 05. .
ln.,
, / . 8,854.10
-12
2.4.2 Circuito eltrico equivalente
Consideremos o circuito eltrico resultante na Figura 13. Para simplificao dos
clculos, foram representadas apenas duas clulas, por enquanto no domnio do tempo:
Figura 13 Circuito eltrico equivalente
Neste circuito, verifica-se que it(t) = i1(t) +i2(t). Por esta relao, percebe-se que a
corrente vai sendo drenada para o solo pelo acoplamento eltrico, atravs da capacitncia
do duto.Se houver algum problema no revestimento, a capacitncia vai a zero e a corrente
drenada ser muito maior.
Este circuito d idias de como deve ser o comportamento da corrente em funo
das resistncias, do duto e do solo, e da capacitncia do duto. No entanto, no representa
todas as circunstncias reais que ocorrem na faixa de passagem dos dutos. Um exemplo
-
54
que pode ser dado a relao que faz com que, um aumento na resistncia do solo cause
uma diminuio da corrente drenada.
2.4.3 Clculo do Campo Magntico
Para a determinao da intensidade do campo magntico, considerou-se um duto de
200 metros de comprimento, que est enterrado a uma profundidade mdia de 1 metro e o
medidor de campo estando localizado a 0,10 metro acima do nvel do solo.
Fazendo uma simplificao do circuito eltrico equivalente da Figura 13, teremos
um circuito (Figura 14) j no domnio da frequncia que facilitar a visualizao das
grandezas envolvidas para determinao das intensidades de campo magntico H1(i1) e
H2(i2), j que so consideradas apenas duas clulas.
Figura 14 - Circuito equivalente simplificado
Onde:
Zj f C l1 2
12
=. . . . .
(2.12)
e
Z R lj f C l
R lduto solo21
12
= + +.. . . . .
.
(2.13)
-
55
a) Determinao de Z1 e Z2:
Da expresso (2.12) vem,
Zj x x x1 9
12 190 14 05 10 100
= . . . ,
[ ]Z1 596 20= ,
E, da expresso (2.13), considerando os valores encontrados na resoluo das
expresses (2.1) e (2.4), respectivamente Rduto = 5,69x10-6 [], e Rsolo = 25 [], temos,
Z x xj x x x
x26
95 69 10 1001
2 190 14 05 10 10025 100= + + , . . . ,
[ ]Z j2 2500 596 20= + ,
b) Determinao das correntes fasoriais I1 e I2
Como o circuito considerado possui somente duas malhas, os fasores de I1 e I2
sero encontrados atravs de um divisor de corrente, respectivamente nas expresses (2.14)
e (2.15).
IZ
Z Zx I F1
2
1 2
=+
(2.14)
IZ
Z Zx I F2
1
1 2
=+
(2.15)
Simulando o valor de IF igual a corrente mxima que o transmissor PCM pode
injetar em um duto (30 A), obteremos os seguintes valores:
-
56
Para I1, resolvendo(2.14);
Ij
j jx1
2500 596 202500 596 20 596 20
= ++ +
,, ,
3
I A1 2 7837 12 085= , ,
No domnio do tempo:
( ) ( )i t wt A1 2 7837 12 085= +, .cos. , o
Para I2, resolvendo(2.15);
Ij
j jx2
596 202500 596 20 596 20
=+ +
,, ,
3
I A2 0 645 64 5= , ,
No domnio do tempo:
( ) ( )i t wt A2 0 645 64 5= , .cos. , o
c) Determinao de H1 (I1) e H2 (I2):
Atravs da expresso (2.16) sero determinadas s intensidades mximas de campo
magntico nas duas clulas.
HI
R=
2. . (2.16)
Onde:
R 1,1 [m] Raio de um cilindro imaginrio formado pela altura do medidor ao
solo (0,10 metro) mais a profundidade do duto enterrado (1,00 metro);
-
57
A expresso (2.17) mostra a representao completa no domnio do tempo do
campo magntico H1:
( ) ( )H t wt1 2 78372 110 12 085= +,. . ,
.cos ,
o (2.17)
Atravs da expresso (2.16), considerando I1m = 2,7837, obtemos o mximo valor
para o campo magntico H1:
HI
Rmm
11
2=
. .
H m12 78372 11
= ,. . ,
H x A mm129 33 10= , [ / ]
A expresso (2.18) mostra a representao completa no domnio do tempo do
campo magntico H2:
( ) ( )H t wt1 0 6452 110 64 5= ,
. . ,.cos ,
o (2.18)
Atravs da expresso (2.16), considerando I2m = 0,645, obtemos o mximo valor para o
campo magntico H2:
HI
Rmm
22
2=
. .
H m20 6452 11
= ,. . ,
H x A mm244 03 10= , [ / ]
De onde se percebe que o campo magntico na segunda clula menor do que na
primeira, como deveria ser.
-
58
3 DESCRIO DOS DADOS
3.1 Apresentao da Faixa de Dutos
Por motivos de segurana da Petrobras, a faixa de dutos cedida para estudo pela
empresa de agora em diante passar a ser chamada de Faixa A-B. Essa faixa possui 7
dutos, como descrito a seguir:
Tabela 5 - Descrio da faixa de dutos
Duto Espessura (pol) Dimetro (pol) Extenso (km) AA 0,250 10 BB 0,250 14 CC 0,281 14 DD no informado 06 EE 0,216 03 FF 0,344 14 GG 0,250 18
55
Todas as informaes referentes faixa de estudo sero descritas nos prximos
itens.
3.2 Resistividade Eltrica do Solo
As medidas de resistividade foram realizadas ao longo da faixa pela qual passar
o duto, espaadas de 500 em 500 metros, para a profundidade de 1,6 metros. Sempre na
dcima medida, ou seja, a cada 5 km, foram tomadas medidas para as profundidades
correspondentes a 1,6; 3,2; 4,8 e 6,4 metros.
Tambm foram realizadas medidas adi