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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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ii
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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iii
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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iv
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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v
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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vi
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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vii
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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viii
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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ix
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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x
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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11
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).
-
12
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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13
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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14
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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15
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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16
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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17
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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18
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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19
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.
-
20
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.
-
21
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.
-
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.
-
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
-
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.
-
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.
-
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).
-
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
-
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.
-
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).
-
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 ++++=
-
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.
-
37
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.
-
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