Comportamento da dilatação térmica em tubulações de plataformas offshore tipo jaquet: um estudo experimental

Introdução

As plataformas offshore do tipo Jacket são estruturas metálicas fixadas ao leito marinho e utilizadas na exploração e produção de petróleo e gás natural. Nessas estruturas, as tubulações podem ficar submetidas simultaneamente a diferentes condições térmicas, como o contato com a água fria do mar, a exposição à radiação solar e a passagem de fluido aquecido em seu interior. Quando a expansão ou contração do material é restringida por apoios, conexões ou sistemas de fixação, podem surgir tensões térmicas internas, capazes de gerar deformações, desalinhamentos, trincas e redução da vida útil dos componentes.

Objetivo

Investigar o comportamento da dilatação térmica em tubulações de plataformas offshore tipo Jacket por meio de uma bancada experimental em escala reduzida. A bancada foi projetada para simular condições térmicas, permitindo a medição de temperatura, vazão, força axial e deformação.

Método

A bancada experimental em escala reduzida foi projetada para permitir a análise comparativa entre tubos de aço inoxidável AISI 304 e alumínio 6061, submetidos à circulação de fluido aquecido e à restrição parcial da dilatação axial. O sistema hidráulico permite a circulação contínua do fluido de aquecimento no interior dos tubos. A aquisição dos dados foi realizada por meio de um microcontrolador Arduino Uno, responsável por receber os sinais da temperatura utilizando termopares do tipo K conectados a módulos MAX6675. A força axial devido à dilatação foi medida por células de carga de 50 kg, conectadas a módulos conversores HX711.

Resultados e discussão

Até o estágio atual da pesquisa, foram concluídas as etapas de projeto estrutural, montagem mecânica e integração eletroeletrônica da bancada experimental. O sistema de aquisição de dados apresentou funcionamento satisfatório nos testes preliminares. O microcontrolador Arduino, associado aos módulos HX711 e MAX6675, demonstrou capacidade de leitura contínua dos sensores e envio das informações pela porta serial ao computador. O script desenvolvido em Python realizou o armazenamento dos dados em formato CSV, permitindo a organização das variáveis de tempo, temperatura, vazão, força axial e sinal de deformação para posterior tratamento. Durante o comissionamento inicial com o tubo de alumínio 6061, foi realizado um teste mecânico a frio para verificar a sensibilidade da instrumentação. Nesse teste, a célula de carga registrou variações instantâneas de esforço axial, com pico de 5,96 N em tração e -5,93 N em compressão. O extensômetro apresentou estabilidade de leitura, com valor bruto médio de 687. Esses resultados indicam que o sistema possui sensibilidade inicial para detectar pequenas variações de esforço, o que é importante para os ensaios térmicos posteriores.

Conclusão

Este trabalho apresentou o desenvolvimento parcial de uma bancada experimental de plataformas offshore do tipo Jacket. A montagem realizada permitiu integrar a estrutura mecânica, o circuito hidráulico , o sistema de aquecimento, os sensores de temperatura e vazão, as células de carga, os extensômetros e o sistema de aquisição de dados com Arduino e Python.

Palavras-chave

• bancada experimental em escala reduzida
• múltiplos sensores
• plataforma offshore tipo Jacket