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TÉCNICAS DE INSPEÇÃO SUBMARINA Elaboração Masaju Alves Uchikado Produção Equipe Técnica de Avaliação, Revisão Linguística e Editoração SUMÁRIO APRESENTAÇÃO ........................................................................................................................................................ 4 ORGANIZAÇÃO DO CADERNO DE ESTUDOS E PESQUISA ................................................................................. 5 INTRODUÇÃO.............................................................................................................................................................. 7 UNIDADE I AMBIENTE E EQUIPAMENTOS ........................................................................................................................................................................................ 9 CAPÍTULO 1 AMBIENTE SUBAQUÁTICO ................................................................................................................................................................................ 9 CAPÍTULO 2 VEÍCULOS DE INSPEÇÃO .................................................................................................................................................................................. 17 UNIDADE II TÉCNICAS DE AVALIAÇÃO-INSPEÇÃO ...................................................................................................................................................................... 33 CAPÍTULO 1 TIPOS DE INSPEÇÃO SUBAQUÁTICA.......................................................................................................................................................... 33 UNIDADE III SENSORIAMENTO E SIMULADORES ......................................................................................................................................................................... 75 CAPÍTULO 1 TÉCNICAS E TIPOS DE SENSORIAMENTOS/SENSORES .................................................................................................................. 75 CAPÍTULO 2 SIMULADORES ..................................................................................................................................................................................................... 83 UNIDADE IV RELATÓRIOS TÉCNICOS E NORMAS DE INSPEÇÃO SUBMARINA ............................................................................................................... 86 CAPÍTULO 1 RELATÓRIOS TÉCNICOS .................................................................................................................................................................................. 86 CAPÍTULO 2 NORMAS DE INSPEÇÃO SUBMARINA ....................................................................................................................................................... 90 PARA NÃO FINALIZAR ............................................................................................................................................ 96 REFERÊNCIAS .......................................................................................................................................................... 98 4 APRESENTAÇÃO Caro aluno A proposta editorial deste Caderno de Estudos e Pesquisa reúne elementos que se entendem necessários para o desenvolvimento do estudo com segurança e qualidade. Caracteriza-se pela atualidade, dinâmica e pertinência de seu conteúdo, bem como pela interatividade e modernidade de sua estrutura formal, adequadas à metodologia da Educação a Distância – EaD. Pretende-se, com este material, levá-lo à reflexão e à compreensão da pluralidade dos conhecimentos a serem oferecidos, possibilitando-lhe ampliar conceitos específicos da área e atuar de forma competente e conscienciosa, como convém ao profissional que busca a formação continuada para vencer os desafios que a evolução científico-tecnológica impõe ao mundo contemporâneo. Elaborou-se a presente publicação com a intenção de torná-la subsídio valioso, de modo a facilitar sua caminhada na trajetória a ser percorrida tanto na vida pessoal quanto na profissional. Utilize-a como instrumento para seu sucesso na carreira. Conselho Editorial 5 ORGANIZAÇÃO DO CADERNO DE ESTUDOS E PESQUISA Para facilitar seu estudo, os conteúdos são organizados em unidades, subdivididas em capítulos, de forma didática, objetiva e coerente. Eles serão abordados por meio de textos básicos, com questões para reflexão, entre outros recursos editoriais que visam tornar sua leitura mais agradável. Ao final, serão indicadas, também, fontes de consulta para aprofundar seus estudos com leituras e pesquisas complementares. A seguir, apresentamos uma breve descrição dos ícones utilizados na organização dos Cadernos de Estudos e Pesquisa. Provocação Textos que buscam instigar o aluno a refletir sobre determinado assunto antes mesmo de iniciar sua leitura ou após algum trecho pertinente para o autor conteudista. Para refletir Questões inseridas no decorrer do estudo a fim de que o aluno faça uma pausa e reflita sobre o conteúdo estudado ou temas que o ajudem em seu raciocínio. É importante que ele verifique seus conhecimentos, suas experiências e seus sentimentos. As reflexões são o ponto de partida para a construção de suas conclusões. Sugestão de estudo complementar Sugestões de leituras adicionais, filmes e sites para aprofundamento do estudo, discussões em fóruns ou encontros presenciais quando for o caso. Atenção Chamadas para alertar detalhes/tópicos importantes que contribuam para a síntese/conclusão do assunto abordado. 6 ORgANIzAÇÃO DO CADERNO DE ESTUDOS E PESQUISA Saiba mais Informações complementares para elucidar a construção das sínteses/ conclusões sobre o assunto abordado. Sintetizando Trecho que busca resumir informações relevantes do conteúdo, facilitando o entendimento pelo aluno sobre trechos mais complexos. Para (não) finalizar Texto integrador, ao final do módulo, que motiva o aluno a continuar a aprendizagem ou estimula ponderações complementares sobre o módulo estudado. 7 INTRODUÇÃO A exploração de reservas de hidrocarbonetos em ambientes marinos exige que atividades, com diferentes objetivos, sejam realizadas durante toda as fases do processo produtivo. Durante as fases iniciais da exploração, são realizadas operações de levantamento geográfico que visam identificar possíveis locais com jazidas de petróleo. Após a descoberta de um campo, são realizadas atividades de extração de hidrocarbonetos para testes de longa duração, desenvolvimento do campo submarino e, então, produção de hidrocarbonetos. Para que essas atividades sejam realizadas, são necessários diversos equipamentos submarinos que compõem o sistema de produção submarino (SPS). O SPS tem como funções básicas garantir a segurança operacional, a segurança do meio ambiente e o escoamento e produção de hidrocarbonetos. No Brasil, a Agência Nacional do Petróleo (ANP), agência reguladora criada pela Lei n. 9.478, de 6 de agosto de 1997, com objetivo de constituir as políticas nacionais para o aproveitamento racional das fontes de energia, estabeleceu, em 2015, o Regulamento Técnico do Sistema de Gerenciamento da Segurança Operacional de Sistemas Submarinos (SGSS), por duas razões básicas: A primeira, por ser o gerenciamento da segurança operacional fator determinante na prevenção ou mitigação das consequências de eventuais acidentes que possam causar danos às pessoas envolvidas ou não com a sua operação, ao patrimônio das instalações ou do público em geral e ao meio ambiente. A segunda, por ser o gerenciamento da segurança operacional fator essencial para a confiabilidade do suprimento nacional de petróleo, derivados e gás natural. Para que as razões básicas do SGSS sejam satisfeitas, foram estabelecidas as responsabilidades das empresas envolvidas na operação de um sistema submarino. Algumas dessas reponsabilidadessão relacionadas à segurança operacional e prevenção de acidentes, e essas empresas possuem a responsabilidade de operação e gerenciamento da integridade do SPS. Uma das atividades que auxiliam o gerenciamento de integridade do SPS é a inspeção submarina, que consiste em conjunto de técnicas de inspeções visuais e ensaios não destrutivos aplicados durante o desenvolvimento do SPS. As inspeções podem ter diferentes objetivos, como avaliar o solo e ambiente onde o SPS será instalado, monitorar as condições de integridade mecânica de equipamentos submarinos e preparação para operações de descomissionamento de SPS. Nesta disciplina, serão abordadas as principais técnicas de inspeção submarina utilizadas no desenvolvimento dos campos de exploração de petróleo em ambientes offshore, bem como as ferramentas e os métodos específicos para utilização dessas técnicas. A seguir, serão apresentados os principais objetivos da disciplina Técnicas de Inspeção Submarina. Objetivos » Expor e explicar o ambiente subaquático. » Exemplificar os tipos de veículos de inspeção submarina, bem como as suas aplicações. » Definir as principais técnicas de inspeção submarina, com veículos não tripulados e com mergulhadores. » Apresentar as técnicas e os tipos de sensoriamento/sensores e simuladores. » Apresentar as normas de inspeção submarina e os relatórios técnicos de inspeção submarina. 9 UNIDADE IAMBIENTE E EQUIPAMENTOS CAPÍTULO 1 Ambiente subaquático O ambiente subaquático O planeta Terra é constituído por diversos ecossistemas, e uma parte considerável desses ecossistemas se encontra em ambientes aquáticos que formam a hidrosfera. A hidrosfera possui área de 362 000 000 km², e é composta por diversos tipos de reservatórios de água. Dentre esses reservatórios, os oceanos são considerados o maior reservatório e representam 97,96% de toda a água do planeta (SOARES-GOMES; FIGUEIREDO, 2009, p. 1). A seguir, pode-se observar a porcentagem de cada reservatório que compõe a hidrosfera. Tabela 1. Quantidade de água nos vários reservatórios da hidrosfera. Reservatório Porcentagem do total (%) Oceanos 97,96 Calota e gelo polar 1,64 Água subterrânea 0,36 Rios e lagos 0,04 Atmosfera 0,001 Fonte: Soares-Gomes e Figueiredo, 2009. Ressalta-se que os oceanos se diferenciam dos mares por causa da profundidade. Os mares possuem profundidade média de 1000m e “são menores e delimitados, total ou parcialmente, por continentes” (DA SILVA-JR; GERLING, 2016, p. 10). Os oceanos possuem profundidade média de 3300m e são caracterizados por possuírem grandes extensões e terem circulação livre. A maior profundidade conhecida de um oceano é 11000m e fica na Fossa das Marianas, localizada no Oceano Pacífico Norte (DA SILVA-JR; GERLING, 2016, p. 10). 10 UNIDADE I | AMBIENTE E EQUIPAMENTOS Figura 1. Comparação entre os tamanhos da Fossa das Marianas, do Monte Everest e do Empire State. Fonte: Epoch Times, 2014. Os mares podem ser classificados em três tipos, quais sejam, abertos, continentais e fechados. Os mares abertos são aqueles que possuem ampla ligação com os oceanos, como o Mar do Norte. Os mares continentais possuem ligação restrita com os oceanos, como o Mar Vermelho; e os mares fechados possuem ligação com os oceanos, através de canais e rios, como o Mar Morto (DA SILVA-JR; GERLING, 2016, p. 11; SUA PESQUISA, 2020). No Brasil, devido às características da costa, não há mares. A superfície dos oceanos possui diferentes tipos de formações e as principais divisões geomorfológicas são costa, plataforma continental, talude continental, elevação continental ou sopé, e fundo abissal ou planície abissal. A costa é “definida como a parte da terra firme em contato com o mar e modificada pela ação deste. A praia é a borda exterior da costa e se estende do nível mais alto ao nível mais baixo atingido pelas marés” (SOARES-GOMES; FIGUEIREDO, 2009, p. 4). A plataforma continental possui inclinação pouco acentuada (0,1º) e atinge profundidade entre 135m e 350m. Alguns locais não possuem plataforma continental, como algumas partes da Austrália, e o Mar do Norte situa-se sobre uma plataforma continental. O talude continental possui inclinação maior, que varia de 3º a 6º e inicia-se a partir do local em que a plataforma continental sofre quebra de inclinação, em aproximadamente 130m de profundidade. Após o talude, há nova quebra de inclinação, aproximadamente a 2400m de profundidade, local em que se inicia a elevação continental ou sopé. A profundidade média da elevação continental é de 4000m e pode chegar até 9000m, em distância horizontal muito pequena. A última formação é o fundo abissal ou planície abissal. O fundo abissal ocorre a partir de 4000-5000m e 11 AMBIENTE E EQUIPAMENTOS | UNIDADE I possui topografia variada, como montanhas, vales, planícies, cordilheiras, cânions etc. (SOARES-GOMES; FIGUEIREDO, 2009, p. 4). A seguir, são mostrados exemplos de margens continentais: Figura 2. Dois exemplos de margens continentais e vários aspectos topográficos do leito oceânico. Fonte: adaptada de Levinton, 1995 apud Soares-Gomes e Figueiredo, 2009. Os oceanos são influenciados pelos fatores ambientais, que os auxiliam a criar habitats distintos no ambiente marinho. É possível analisar a influência de cada fator ambiental em um determinado organismo, porém seu comportamento será influenciado por diferentes fatores, simultaneamente. O entendimento desses fatores, físicos e químicos, é essencial para o entendimento das dinâmicas dos ecossistemas marinhos (SOARES-GOMES; FIGUEIREDO, 2009, p. 6). Dentre os fatores físicos, podemos destacar a temperatura, salinidade, densidade e pressão, as quais serão abordadas nas próximas páginas. Fatores físicos A temperatura é considerada o principal fator físico que controla a distribuição e a atividade de animais e plantas, agindo como fator limitante à reprodução, ao crescimento e à distribuição de organismos (SOARES-GOMES; FIGUEIREDO, 2009, p. 6). A localização geográfica influencia a temperatura de oceanos e mares devido à incidência diferencial dos raios solares na superfície do globo (SOARES-GOMES; FIGUEIREDO, 2009, p. 6) e, desse modo, cria zonas climáticas. Essas zonas climáticas abrigam conjuntos florísticos e faunísticos característicos e distintos; zonas polares ártica e antártica, zonas boreal e subantártica, zonas subtropicais norte e sul e zona tropical (SOARES-GOMES; FIGUEIREDO, 2009, p. 6). A seguir, será possível observar a influência da latitude (localização geográfica) na temperatura superficial dos oceanos. 12 UNIDADE I | AMBIENTE E EQUIPAMENTOS Figura 3. Variação latitudinal da temperatura da camada de superfície dos oceanos. Fonte: adaptada de Levinton, 1982 apud Soares-Gomes e Figueiredo, 2009, p. 6. Outro fator a ser considerado é a profundidade dos oceanos, que cria um gradiente de temperatura entre 100m e 300m de profundidade, aproximadamente, em latitudes tropicais. A partir de 300m de profundidade, a temperatura passa a ser praticamente linear, e a profundidade da coluna de água não interfere na temperatura das águas. Ressalta-se que diferentes latitudes, como as polares e equatoriais, possuem diferentes gradientes de temperatura em relação à profundidade (EFLORA WEB, 2017), conforme figura a seguir: Figura 4. Variação latitudinal da temperatura da camada de superfície dos oceanos. Fonte: Eflora Web, 2017. A proporção de sais diluídos na água do mar define a salinidade com base na quantidade de massa de sais inorgânicos em 1 kg de água do mar (LALLI; PARSONS, 2006, p. 25). Esses sais são provenientes da erosão e dissolução de 13 AMBIENTE E EQUIPAMENTOS | UNIDADE I rochas, e do magma de oceanos primitivos. Desse modo, representam 99,28% do peso de todos os materiais dissolvidos (SOARES-GOMES; FIGUEIREDO, 2009, p. 17). Lalli e Parsons (2006, p. 25) ressaltam que é utilizado o conceito de condutividade elétrica para medição de salinidade, com salinômetro,pois quanto maior for a quantidade de sal, maior será a condutividade elétrica. A latitude também influencia a salinidade. Próximo à linha do Equador, a salinidade é mínima, e seu maior valor é alcançado entre 20ºN e 20ºS. Novamente, a salinidade passa a decrescer em direção aos polos. Conforme pode ser observado na figura A seguir, a proporção entre evaporação e precipitação também influencia a salinidade de diferentes formas, dependendo da latitude e do hemisfério (SOARES-GOMES; FIGUEIREDO, 2009, p. 18). Figura 5. Variação latitudinal da temperatura da camada de superfície dos oceanos. Fonte: adaptada de Levinton, 1982 apud Soares-Gomes e Figueiredo, 2009, p. 19. A densidade dos oceanos pode variar de acordo com a quantidade de sais, pressão e temperatura. Desses três fatores, a salinidade e a temperatura são as que mais influenciam a densidade. A salinidade é diretamente proporcional à densidade, enquanto a temperatura é inversamente proporcional à densidade. Devido a fatores externos, como ventos, descarga de água doce, precipitação 14 UNIDADE I | AMBIENTE E EQUIPAMENTOS pluvial, formação ou dissolução de gelo (EFLORA WEB, 2017) e mistura com águas adjacentes, as massas dos oceanos podem sofrer variações de salinidade e temperatura, e, com isso, criar diferentes assinaturas temperatura-salinidade que influenciarão diretamente a densidade das águas dessa área (LALLI; PARSONS, 2006, p. 30). A seguir, segue exemplo de gradiente de densidade, em função de profundidade, referente a uma região tropical: Figura 6. Variação latitudinal da temperatura da camada de superfície dos oceanos. Fonte: Eflora Web, 2017. Já a pressão nos oceanos, ou pressão hidrostática, pode ser definida como a pressão exercida por um fluido em repouso, em qualquer ponto de uma coluna desse líquido (GARCIA; REGAZZI, 2016, p. 93; MARRA, 2019, p. 31). A pressão hidrostática é diretamente proporcional à densidade do fluido e à altura de coluna de líquido acima do ponto em que essa pressão é exercida. Para o cálculo de pressão hidrostática, a área da superfície que sofre a pressão não é considerada (MARRA, 2019, pp. 32-33). Existem diferentes unidade para medição de pressão hidrostática. Considera-se que, ao nível do mar, a pressão atmosférica seja de 1033 kg/cm², o que equivale a uma coluna de 760mm de Hg (mercúrio) ou 1 atm. Conforme a profundidade aumenta, a pressão hidrostática também aumenta. Este fenômeno acontece pois a pressão em determinado ponto é diretamente proporcional à coluna de líquido acima deste determinado ponto Ou seja, quanto mais profundo um ponto estiver no oceano, maior será a coluna de líquido acima dele, e, portanto, maior será a pressão hidrostática neste ponto., uma vez que a coluna de líquido acima do ponto a ser medida a pressão hidrostática se torna cada 15 AMBIENTE E EQUIPAMENTOS | UNIDADE I vez maior. A cada 10 metros de coluna de água, a pressão atmosférica aumenta em 1 atm (SOARES-GOMES; FIGUEIREDO, 2009, p. 12). Por exemplo, a uma profundidade de 1000m, a pressão hidrostática absoluta será de 101 atm e a pressão hidrostática relativa, 100 atm. Figura 7. Variação de pressão hidrostática em função da profundidade. Fonte: elaborada pelo autor. Exploração do ambiente subaquático Além de abrigar organismos da fauna e flora, o ambiente subaquático também influencia a economia de diversas nações, seja pela navegação, disputa territorial ou exploração de recursos naturais. Uma dessas indústrias é a de óleo e gás, que teve início em campos terrestres e, por causa da crescente demanda por petróleo, sofreu variações de demanda ao longo do tempo. Isso impulsionou a busca por novas fontes e novos reservatórios para extração, o que expandiu descobertas e exploração no ambiente subaquático. A extração de petróleo em ambientes subaquáticos teve início em águas rasas e após o desenvolvimento de novas tecnologias e descobertas de novos campos em águas profundas e ultraprofundas. A extração em ambientes offshore é considerada hostil, uma vez que fatores naturais, como ondas, correntes, névoa, profundidade e ventos, influenciam diretamente o desenvolvimento e a produção de petróleo. Alguns campos ainda sofrem com condições específicas, como gelo, icebergs e tempestades (FAGAN, 1991, pp. 9-1). Os Estados Unidos da América (EUA) foram pioneiros na extração de petróleo, liderando o desenvolvimento de métodos e tecnologias para extração de petróleo. Entretanto, as tecnologias desenvolvidas para extração de petróleo nos EUA atendiam principalmente à demanda de extração em campos de terra, em campos petrolíferos conhecidos como onshore ou in land. Já no Brasil, no fim da década de 1960, descobriu-se que o cenário dos campos 16 UNIDADE I | AMBIENTE E EQUIPAMENTOS petrolíferos brasileiros era bem diferente dos campos americanos, e que a maior parte das reservas de petróleo brasileiras estavam localizadas no oceano, em campos conhecidos como offshore. Ressalta-se que, nessa época, já havia conhecimento relacionado à extração de petróleo na modalidade offshore, porém esse conhecimento não atendia aos requisitos para exploração de petróleo em águas brasileiras (ORTIZ NETO; COSTA, 2007, p. 2). Para que a exploração dos campos offshore brasileiros fosse viabilizada, a Petrobrás, por meio do seu Programa de Capacitação Tecnológica em Águas Profundas (PROCAP), criado em 1986, desenvolveu capital intelectual junto a universidades, instituições de ensino e fornecedores, para que novas tecnologias de exploração em águas profundas fossem desenvolvidas. Mais tarde, a empresa também se tornaria pioneira no desenvolvimento de tecnologias para extração de petróleo em águas ultraprofundas (PETROBRAS, 2016). Grande parte do desenvolvimento de novas tecnologias para exploração de campos offshore é devida às características do ambiente aquático. Algumas características, como pressão hidrostática e salinidade, influenciam o desenvolvimento de equipamentos que sejam adequados ao ambiente hostil e que ofereçam produção segura. Outras características, como ondas, marés e condições climáticas, têm grande impacto nas operações realizadas durante as fases de exploração de um campo petrolífero. Ademais, outro fator extremamente relevante na indústria offshore é a impossibilidade de intervenção humana em profundidades maiores do que 350 metros (MARINHA DO BRASIL). Para trabalhos em profundidades nas quais não é possível utilizar a mão de obra humana, são empregados veículos que executam operações similares àquelas executadas por humanos. Nos próximos capítulos, serão abordados esses veículos, os quais são utilizados em operações e inspeções subaquáticas, bem como o trabalho de mergulhadores em profundidades até 350m. 17 CAPÍTULO 2 Veículos de inspeção Veículos de inspeção A exploração e utilização do ambiente subaquático exige que tecnologias específicas sejam desenvolvidas para acesso a regiões onde não é possível realizar atividades com seres humanos. Mesmo que seja possível realizar atividades com mergulhadores em profundidades de até 350m, a utilização de mão de obra humana não é viável ao considerar as regras aplicadas ao mergulho saturado e a limitações de tempo de permanência durante os mergulhos. Esse é um dos motivos que levaram ao desenvolvimento de tecnologias que fossem capazes de realizar atividades desempenhadas por mergulhadores. Os veículos submarinos são classificados em duas categorias principais, os tripulados e os não tripulados. Os veículos não tripulados possuem outras classificações, como autônomos e controlados por cabo. A seguir, as classificações dos veículos submarinos são definidas conforme Christ e Wernli (2014, p. 4): Figura 8. Tipos de veículos submarinos. Fonte: adaptada de Christ e Wernil, 2014. De acordo com Bai e Bai (2018, p. 806), os ROVs, que são controlados por cabo, podem ter diferentes funções, as quais devem ser avaliadas durante o projeto do sistema de produção submarina. De formageral, os ROVs podem ser utilizados para inspeção, limpeza, instalação e substituição de equipamentos submarinos e realizam operações de pesquisa, assistência à perfuração, assistência à instalação, assistência à operação, inspeção e manutenção e reparo. 18 UNIDADE I | AMBIENTE E EQUIPAMENTOS Nas seções seguintes serão abordados os tipos de veículos submarinos e suas utilizações. Veículos submarinos não tripulados Remote operated vehicle (ROV) Os veículos conhecidos como remote operated vehicle, ou ROV, são veículos não tripulados e utilizados para diversos tipos de operação e inspeção em ambientes submarinos. O primeiro ROV conhecido foi criado em 1953, pelo cientista, engenheiro e explorador francês Dimitri Rebikoff. Nos anos 1960, o primeiro programa com objetivo de desenvolver um ROV foi o Cable-Controlled Underwater Recovery Vehicle (CURV), fomentado pela Marinha dos EUA (PATIRIS, 2015, p. 2). Figura 9. CURV II, sucessor do CURV desenvolvido pela Marinha dos EUA. Fonte: adaptada de Christ e Wernil, 2014. De forma simplificada, ROV é um robô que possui câmeras enclausuradas em ambientes à prova de água. Os componentes básicos de um ROV são controlador, painel de controle, monitor, cabo, conhecido como tether, e veículo submersível (CHRIST; WERNLI, 2014, p. 5). Figura 10. Componentes básicos de um ROV. Fonte: Christ e Wernil, 2014. 19 AMBIENTE E EQUIPAMENTOS | UNIDADE I » Controller – Controlador. » Control console – Console de controle. » Monitor – Monitor de vídeo. » Tether – Cabo responsável por lançar, energizar o ROV e realizar troca de dados. » Submersible – ROV. O ROV pode ser utilizado em diversas indústrias e aplicações, como ciência, pesca, aquicultura, uso militar, segurança nacional, segurança pública, suporte a óleo e gás, inspeção, reparo e manutenção e construção (CHRIST; WERNLI, 2014, p. 19). Bai e Bai (2018, p. 806) definem o ROV como um veículo submarino free-swimming usado para realizar tarefas em ambientes submarinos, como operação de válvulas, funções hidráulicas e outras tarefas gerais. De forma mais detalhada, o sistema de controle de um ROV é composto por equipamentos com função de controlar o ROV, prover potência elétrica, prover potência hidráulica, realizar troca de dados (sensores, manômetros), transmitir as imagens do ROV, realizar o lançamento do ROV ao mar e realizar o recolhimento do ROV no deck da embarcação (BAI; BAI, 2018, p. 810). Um sistema de ROV possui, ainda, salas para operação e manutenção. Figura 11. Sistema de operação, controle e lançamento de ROV. Fonte: Bai e Bai, 2018. 20 UNIDADE I | AMBIENTE E EQUIPAMENTOS » Surface power unit – Unidade de potência de superfície. » External Power – Potência externa. » Hand controller – Controlador de mão, ou joystick. » Free standing or surface control unit – Unidade de controle de superfície. » Monitor – Monitor de vídeo. » Wrapping drum – Carretel do tether ou umbilical. » Crane or A-Frame – Guindaste ou A-Frame, estrutura de lançamento do ROV. » Umbilical sheave – Roldana do umbilical. » Umbilical – Cabo umbilical, ou tether. » ROV – Veículo submarino. Conforme as profundidade e complexidade do trabalho a ser desempenhado, o ROV passa a ser mais minucioso e a exercer papel fundamental na intervenção em equipamentos submarinos aos quais mergulhadores não têm acesso. As premissas utilizadas para definição do(s) tipo(s) de ROV a ser utilizado devem ser previstas na concepção do projeto do sistema submarino de produção. Os ROVs possuem diferentes classificações, conforme o tipo de atividade a ser desenvolvida e a capacidade de trabalho. De acordo com Bai e Bai (2018, p. 812), os ROVs são classificados como de observação, trabalhos leves, para trabalhos gerais e para trabalhos pesados. A seguir, segue classificação dos ROVs e suas características, conforme Bai e Bai (2018, p. 812): Quadro 1. Classes de ROV. Classes de ROV Potência (HP) Fonte de potência Profundidade Carga Utilização Observação (Observation Class) <20 Elétrica Limitada Mínima a nenhuma Somente observação ROVs de observação são empregados para inspeção/monitoramento visual e assistência a mergulhos. Esses sistemas são normalmente equipados com pequenos sensores de luz, sondas e uma garra simples com pequena capacidade de içamento ou sem capacidade de içamento. Trabalhos leves (Light work) 20-75 Eletro-hidráulica ou elétrica 1000-3000m Içamento e cargas moderados Pesquisa e suporte mínimos à perfuração ROVs para trabalhos leves são usados para tarefas de inspeção, observação e assistência durante operações de perfuração e tarefas submarinas leves (150-200kg). Podem possuir uma ou duas câmeras, sonar e um braço manipulador single (somente um braço). São capazes de realizar tarefas com cargas leves. 21 AMBIENTE E EQUIPAMENTOS | UNIDADE I Classes de ROV Potência (HP) Fonte de potência Profundidade Carga Utilização Trabalhos gerais (Work class) 75-100 Eletro-hidráulica 1000-3000m Içamento e cargas pesados Construção, instalação de dutos, perfuração e completação ROVs de trabalho são usados para diversas tarefas, como suporte à perfuração, construção e tarefas de reparo, limpeza de plataforma, instalação e operação de equipamentos submarinos (até 500 kg). Eles possuem maior potência hidráulica e capacidade de carga, mais canais de sensores e, geralmente, são equipados com garra (grabber) e braço manipulador de 7 funções (e.g., para suporte à perfuração) ou dois braços manipuladores de 7 funções (e.g., para tarefas de construções). Trabalhos pesados (Heavy class) +150 Eletro-hidráulica 2000-5000m Içamento e cargas ultrapesadas grandes construções e telecomunicações ROVs para trabalhos pesados, como Towed e Bottom Crawling Vehicles, são usualmente utilizados para construção ou tarefa de intervenção específica (e.g., reparo de dutos ou construção de trincheiras submarinas). Fonte: adaptada de Bai e Bai, 2018. Christ e Wernli (2014, p. 8) classificam os ROVs como de observação, médio porte, de trabalho e de uso especial, de forma similar à classificação de Bai e Bai (2018, p. 812). Entretanto, Christ e Wernli (2014, pp. 68-70) propõem subclassificações para os ROVs de observação, médio porte e de trabalho. Os ROVs de observação são chamados de Observation Class ROVs (OCROV), alguns modelos podem ser extremamente pequenos e considerados micro, e outros modelos podem alcançar até 100 kg. Esses veículos possuem limitação de profundidade devido à baixa potência de seus componentes e à utilização de câmaras com pressão atmosférica, o que inviabiliza mergulhos a altas profundidades. Suas subclassificações são: OCROVs micros (ou pequeno), veículos com até 4,5 kg; OCROVs minis (ou médio), com peso entre 4,5 kg e 32 kg; e OCROVs grandes, com peso entre 32 kg e 90 kg (CHRIST; WERNLI, 2014, pp. 5-6). Suas principais atividades são inspeção submarina e assistência a mergulho (BAI; BAI, 2018, p. 812). Os ROVs de médio porte são conhecidos como Mid-sized ROVs (MSROV) e podem alcançar maiores profundidades devido à utilização de câmaras pressurizadas. Por serem mais complexos que um OCROV, são mais pesados e podem possuir manipuladores para pequenos trabalhos. Os MSROVs podem ser considerados das seguintes formas: MSROVs rasos (shallow), que operam em profundidades de até 1000m; de águas profundas (deepwater), que operam em maiores profundidades e podem ter um ou dois manipuladores para trabalhos leves; e pesados (heavy), que são considerados os ROVs para trabalhos leves, possuem manipuladores para trabalhos médios e possuem capacidade de suprir potência hidráulica para ferramentas de médio porte 22 UNIDADE I | AMBIENTE E EQUIPAMENTOS (CHRIST; WERNLI, 2014, pp. 5-6; BAI; BAI, 2018, p. 812). Os ROVs de trabalho, classificados como Work Class ROVs (WCROV), possuem maior potência, tanto elétrica quanto hidráulica, e possuem alta capacidade de carga e içamento. São capazes de operar ferramentas específicaspara operações submarinas e são classificados em WCROV padrão ou de trabalho pesado. O WCROV padrão (standard work class) é usado para assistência à perfuração e pequenas atividades de construção. Os WCROVs de trabalho pesado (Heavy work class) são utilizados para trabalhos de construção pesada e são maiores (CHRIST; WERNLI, 2014, pp. 5-6). Já os ROVs de uso especial são todos aqueles que não se encaixam nas classificações anteriores, como ROVs utilizados para abrir valas. Figura 12. Exemplo de ROV Classe IV (Arthropod 6000). Fonte: SeaTools, 2020. Já Norsok (2003, p. 6) e IMCA (2013, p. 3) definem cinco categorias de ROV. A Classe I compreende os ROVs que somente realizam observações por meio de câmeras e possuem luzes e thrusters. Figura 13. Exemplo de ROV Classe I (Oceaneering Spectrum®). Fonte: Oceaneering, 2020. 23 AMBIENTE E EQUIPAMENTOS | UNIDADE I A Classe II consiste em ROVs de observação, que também têm capacidade de realizar medições de proteção catódica e possuem sistemas de sonar (NORSOK, 2003, p. 6; IMCA, 2013, p. 3). Figura 14. Exemplo de ROV Classe II (Oceaneering Omni Maxx). Fonte: Oceaneering, 2020. Os veículos de trabalho com sensores e manipuladores, que normalmente possuem sistema de transmissão de dados multiplexado, são classificados como Classe III. Esses veículos possuem ainda uma subclassificação de acordo com a potência do ROV. Veículos com até 100 Hp de potência são classificados como Classe III A; de 100 Hp até 150 Hp, como Classe III B; e veículos com potência maior do que 150 Hp são classificados como Classe III C (NORSOK, 2003, p. 6; IMCA, 2013, p. 3). Figura 15. Exemplo de ROV Classe III (Oceaneering Magnum® Plus ROV). Fonte: Oceaneering, 2020. 24 UNIDADE I | AMBIENTE E EQUIPAMENTOS Na Classe IV, os ROVs realizam trabalhos no solo marinho e podem ter rodas, sistema de tração por esteiras, thruster, ou propulsores de água. Normalmente, são maiores do que os ROVs Classe III e possuem capacidades específicas como escavação, dragagem e criação de valas (NORSOK, 2003, p. 6; IMCA, 2013, p. 3). Classe V são ROVs em desenvolvimento, considerados como protótipos e qualquer outro ROV que não se enquadre nas quatro primeiras classificações. Os AUVs (autonomous underwater vehicle), de acordo com Norsok (2003, p. 6) e IMCA (2013, p. 3), são classificados como ROV Classe V. Figura 16. Exemplo de ROV Classe V (Eelume). Fonte: Eelume, 2020. Autonomous underwater vehicle (AUV) Os veículos subaquáticos autônomos, conhecidos como autonomous underwater vehicle (AUV), são veículos submarinos que, diferentemente dos ROVs, realizam operações submarinas sem qualquer tipo de cabo ligado a um navio ou a uma plataforma (BAI; BAI, 2018, p. 813). As atividades desempenhadas por um AUV podem ser pré-programadas ou realizadas por meio de lógicas (CHRIST; WERNLI, 2014, p. 4; WYNN et al., 2014, p. 2), possuem inteligência artificial (CHRIST; WERNLI, 2014, p. 65) e autonomia, ou seja, não precisam de intervenção humana para seu controle (CHRIST; WERNLI, 2014, p. 68). Mesmo sem possuir interface física, mediante cabo, com um navio ou uma plataforma, os AUVs podem possuir sistema de comunicação por meio de modems acústicos ou por rádiofrequência, quando na superfície, ou por link ótico (CHRIST; WERNLI, 2014, p. 4). 25 AMBIENTE E EQUIPAMENTOS | UNIDADE I Os AUVs podem ser simples e possuir formato de torpedo. Também podem possuir anatomia complexa (e.g., Eelume, supracitado exemplo de ROV Classe V) para movimentação em terrenos complexos. A anatomia do AUV possui quadro fechado, com o objetivo de diminuir o drag ao redor de sua estrutura (CHRIST; WERNLI, 2014, p. 8). A orientação pode ser feita por intermédio de beacons instalados no leito marinho ou mediante combinação de comunicação acústica ultra short base line, posicionamento por GPS e navegação inercial (WYNN et al., 2014, p. 452). Ultra short base line (USBL) ou super short base line (SSBL) é um sistema de posicionamento acústico utilizado por ROVs e AUVs, que utilizam como referência uma embarcação para determinar seu posicionamento. Abaixo da embarcação, é instalado um transceiver; e no veículo submarino, é instalado um transporder/responder. É utilizado um computador para interpretar os dados recebidos pelo transceiver e calcular o posicionamento do veículo. Esse tipo de posicionamento não utiliza beacons instalados no leito marinho para posicionamento (BAI; BAI, 2018, p. 95; CHRIST; WERNLI, 2014, pp. 436-437). Figura 17. Exemplo de AUV com formato de torpedo. Fonte: Ocean Explorer, 2020. Figura 18. Sistema de posicionamento ultra short base line (USBL). Fonte: Christ; Wernli, 2014. 26 UNIDADE I | AMBIENTE E EQUIPAMENTOS A utilização de AUVs é relevante em geociência marinha e permite que locais inóspitos sejam acessados e estudados. Locais inacessíveis para embarcações de pesquisa, como as regiões polares, podem ser estudados com o auxílio de AUVs. Estes também são amplamente utilizados para diferentes tipos de pesquisas, como mapeamento do habitat bentônico em águas rasas e profundas (até 6000 m); mapeamento morfológico do solo marinho (e.g., formações geradas abaixo do gelo); e coleta de fotomosaicos de alta resolução em profundidades abissais (WYNN et al., 2014, p. 1). Por suas características de autonomia e ausência de tether (umbilical), cabo que interliga o ROV a uma embarcação, é possível realizar pesquisas em grandes extensões de área (CHRIST; WERNLI, 2014, p. 73). Os AUVs se mostram versáteis e aplicáveis em diversos setores produtivos. Além da utilização de AUVs para pesquisas, setores de defesa e exércitos podem utilizá-los para missões em que há riscos de danos às suas tropas, as quais fazem parte de tarefas conhecidas como mine countermeasures (MCM) e explosive ordnance disposal (EOD). As forças americanas utilizaram AUVs para fazer varreduras de terrenos e identificar a presença de minas submarinas que, posteriormente, seriam neutralizadas por “outros veículos, mamíferos marinhos ou mergulhadores” (CHRIST; WERNLI, 2014, p. 73). Outra vantagem de utilizar AUVs, em vez de ROVs, é a possibilidade de realizar tarefas de mapeamento em áreas próximas à costa. Em ambientes offshore, AUVs são utilizados basicamente para pesquisas ambientais, geofísicas e mapeamento do solo para indústria de óleo e gás (CHRIST; WERNLI, 2014, p. 649). Entretanto, funções desempenhadas normalmente por ROVs estão sendo estudadas e desenvolvidas para serem desempenhadas por AUVs. ROVs possuem gama diversa de ferramentas, utilizadas em diferentes etapas do desenvolvimento de sistema submarino de produção. Dentre essas ferramentas, há a torque tool, utilizada para acionamento de válvulas, travamento de equipamentos submarinos; garras, utilizadas para atracar o ROV às estruturas submarinas; e escovas, utilizadas para limpeza de áreas de vedação de equipamentos submarinos. O AUV Eelume, supracitado como exemplo de ROV Classe V – Especial e desenvolvido pela empresa Kongsberg, foi concebido para minimizar a necessidade de operações com ROVs e realizar tarefas realizadas anteriormente somente por ROVs, como a utilização de ferramentas similares às descritas. O conceito utiliza características de AUVs, como a capacidade de realizar operações sem a intervenção humana, e 27 AMBIENTE E EQUIPAMENTOS | UNIDADE I características de ROV, como a transmissão de vídeo e utilização de ferramentas específicas para intervenções de inspeção, manutenção e reparo submarinos (LEE, 2017). Esse conceito pode ser utilizado de diferentes formas. Ele pode ser conectado a um ROV, por meio de tether, ou pode ser residente no solo marinho. Caso seja residente, o AUV permanece em uma docking station, por onde troca dados e, caso necessário, realiza troca de ferramentas. Isso permite que diversas operações, antes realizadas por ROV, sejam realizadas sem a necessidade de utilização de uma embarcação. Vale ressaltar que um dos fatores que influenciamas operações com ROV são as condições do ambiente, como vento, correnteza e altura de onda. Em ambientes com condições severas de clima, o ROV pode ficar incapacitado de operar por um longo período do tempo. Com o AUV residente, esse problema é sanado (LEE, 2017). Ressalta-se o Eelume é categorizado como um articulated intervention-AUV (AIAUV), pois “utiliza múltiplas juntas e múltiplos thrusters” (BORLAUG et al., 2020, p. 1). Figura 19. Componentes do Eelume. Fonte: Kongsberg, 2017. » Tether module – Módulo do tether. » Lateral thruster module – Módulo do propulsor lateral. » Joint module – Módulo de junção. » Front module (vídeo, light) – Módulo frontal (vídeo, luz). » Forward thruster module – Módulo do propulsor de ré. » Camera swivel module – Módulo do swivel da câmera. 28 UNIDADE I | AMBIENTE E EQUIPAMENTOS Com o avanço de tecnologias de inteligência artificial, é possível que conceitos de robótica sejam aplicados a AUVs para que eles possam, de forma autônoma, alcançar objetivos como realizar inspeção ou manuseio de válvulas. Por meio de informações programadas no AUV, de forma lógica, ele deve ser capaz de analisar o ambiente e realizar pequenas tarefas até que seu objetivo seja alcançado (CASHMORE et al., 2015, p. 265). Cashmore et al. (2015, p. 267) apresentam projeto de pesquisa em que um AUV é programado para realizar quatro manobras de válvulas dentro de determinado período. Esta missão foi realizada em um tanque de água, no qual o AUV fez o mapeamento e reconhecimento do local de teste. Essas duas atividades são necessárias para delimitar o espaço a ser explorado e identificar possíveis localizações do painel de válvulas. Ressalta-se que o AUV não possuía qualquer tipo de informação como tamanho do tanque, obstáculos existentes ou localização do painel de válvulas (CASHMORE et al., 2015, p. 267). Após analisar o espaço e definir as possíveis localizações do painel de válvulas, o AUV localizou o painel de válvulas, inspecionou-as e iniciou as manobras de válvula. Algumas situações foram simuladas no experimento, como a tentativa de atuar uma válvula quebrada e a mudança de localização do painel de válvulas. Ao tentar movimentar uma válvula quebrada, o AUV gerou feedback de erro após duas tentativas consecutivas. Os pesquisadores alteraram a posição do painel de válvulas e o AUV passou a gerar um feedback de falha. Após gerar esse feedback, o sistema reiniciou sua rotina para realizar nova inspeção e localizar o painel de válvulas novamente (CASHMORE et al., 2015, p. 267). Figura 20. AUV Girona 500 com manipulador de válvulas e ao fundo painel de válvula utilizado no experimento. Fonte: Cashmore et al., 2015. 29 AMBIENTE E EQUIPAMENTOS | UNIDADE I Desde o início de seu desenvolvimento, os AUVs tiveram o objetivo em comum de realizar tarefas em locais de difíceis acesso e permanência do homem, tarefas que geram grande risco à vida humana ou simplesmente tarefas repetitivas que não demandam interferência humana. No início, eram utilizados, prioritariamente, por exércitos e instituições acadêmicas (CHRIST; WERNLI, 2014, p. 648). Ao longo dos anos, diversos modelos foram pensados e, conforme tecnologias de sensoriamento, processamento de dados e geolocalização foram aprimoradas, os AUVs adquiriram novas habilidades e funções. Essas transformações permitiram que os AUVs passassem a ser utilizados também na indústria. Nos últimos anos, com avanço de conceitos de robótica e ciência de dados, como machine learning e inteligência artificial, foi possível desenvolver AUVs que pensam de forma lógica, baseados em programação que lhes permite realizar determinados tipos de tomada de decisão (paradigma Sense, Plan, Act) (CHRIST; WERNLI, 2014, p. 65). Os últimos exemplos de funcionalidade descritos neste capítulo mostram que a utilização de AUVs pode substituir ROVs em diversas tarefas ou missões. Diversos são os aspectos positivos dessa tecnologia, os quais parecem esbarrar, principalmente, em barreiras tecnológicas. Alguns dos benefícios de AUVs, similares ao Eelume, são a diminuição do uso de embarcações marítimas, que são geradores de poluição, e a possibilidade de acesso a áreas restritas de estruturas submarinas (LEE, 2017, p. 5). Veículos submarinos tripulados Human-occupied vehicle (HOV) Após serem abordados os veículos submarinos não tripulados, neste capítulo serão abordados os veículos tripulados, conhecidos como human-ocucpied vehicle (HOV), manned vehicles ou manned submersibles. HOVs são veículos submersíveis utilizados amplamente na área de pesquisas (NRC, 2004, p. 1), possuem capacidade de transportar uma ou mais de uma pessoa e algumas características específicas os diferenciam dos veículos não tripulados (e.g., Ictineu). Diversos sensores, manipuladores e sistema de vídeo são utilizados em HOVs. Além de permitir a observação do ambiente marinho por vídeo, HOVs possuem acrílico esférico na parte frontal do 30 UNIDADE I | AMBIENTE E EQUIPAMENTOS veículo, que permite a observação pelos ocupantes dos veículos (NRC, 2004, p. 44). De acordo com KOHNEN (2018, p. 4), há 160 HOVs ativos em todo o planeta, divididos entre HOVs de pesquisa, turismo, militar/governamental e comercial/pessoal, conforme tabela abaixo: Tabela 2. Distribuição de HOVs em função do tipo de utilização. Aplicação Número de veículos Porcentagem do total (%) Pesquisa 14 8,75 Turismo 36 22,5 Militar/governamental 46 28,75 Comercial/pessoal 64 40 Total 160 100 Fonte: Kohnen, 2018. Além da classificação de HOVs por tipo de aplicação, há uma classificação que considera a profundidade máxima de operação. Essa classificação é dividida em Grupo 1 (hadal depth), que consiste em HOVs que operam em profundidades superiores a 1000; Grupo 2 (ocean exploration), com profundidade de operação entre 300m e 1000m; e Grupo 3 (costal ocean), com profundidade de operação até 300m (KOHNEN, 2018, p. 7). Até a data de elaboração deste material, o HOV Deepsea Challenger é o que possui maior profundidade de operação, 11 km (MTS). Ele é projetado para acomodar uma pessoa e chega ao ponto mais profundo dos oceanos, o Challenger Deep, localizado na Fossa das Marianas, a 10.929m de profundidade (DZIAK et al., 2017, p. 6). O Deepsea Challenger possui inovações tecnológicas como a possibilidade de gravar vídeos em 3D e espuma sintética, única capaz de resistir às pressões a essa profundidade de operação, que faz parte de sua estrutura (WHOI). Pode-se dizer que o início da utilização de HOV para turismo aconteceu em 1964, na Suíça, durante a Swiss National Exposition. Nesse evento, o HOV Auguste Piccard, desenvolvido pelo dr. Jacques Piccard transportou mais de 32.000 passageiros durante 1.112 mergulhos que aconteceram no Lago Geneva. Nessa ocasião, o HOV transportou 44 pessoas por mergulho, sendo 40 passageiros e 4 tripulantes, a profundidades de aproximadamente 250m (NRC, 1990, p. 2). 31 AMBIENTE E EQUIPAMENTOS | UNIDADE I Figura 21. Auguste Piccard – Exibido na Swiss National Exposition (1964-1965). Fonte: NRC, 1990. Os HOVs de turismo podem ser desenvolvidos especificamente para essa atividade, tendo capacidade entre 25 e 49 passageiros, ou podem ser desenvolvidos por meio de deep submergence vehicles (DSVs) utilizados anteriormente para pesquisa ou para indústria. Esse tipo de HOV possui capacidade reduzida, de 2 a 3 pessoas e um piloto (NRC, 1990, p. xi). Alguns HOVs são utilizados para missões de resgate e são conhecidos como deep submergence rescue vehicle (DSRV). Esses veículos são utilizados por forças militares de diferentes nações, como EUA, China, Índia, Rússia e Japão. A capacidade de transporte de pessoas varia de 12 a 25, e esses HOVs possuem profundidade de operações de 300m a 1000m (KOHNEN, 2018, p. 12). Figura 22. Exemplo de DSRV contratado pela Marinha da República da Coréia (2019). Fonte: Sonistics, 2019. Além de serem utilizados para as aplicações descritas acima, existe outra aplicação paraHOVs, a qual não é regulamentada, a saber, o tráfico de drogas (KOHNEN, 2018, p 13). O tráfico de drogas se mostrou um negócio lucrativo e seu transporte se desenvolveu com objetivos de chegar a diferentes países e continentes. Os esforços de agências e governos de diferentes países para 32 UNIDADE I | AMBIENTE E EQUIPAMENTOS combater o tráfico internacional de drogas obrigou os traficantes a desenvolver diferentes métodos de transporte, cada vez mais sofisticados. Os custos para desenvolvimento desses métodos não foi um empecilho para os traficantes, que utilizaram desde aviões até barcos rápidos para transporte de drogas. Os narco-subs, ou narco-submarines, são barcos construídos sob demanda para traficantes e possuem características de construção similares a um submarino (BUNKER; RAMIREZ, 2014, p. 9; JARAMILLO, 2016, p. 49). Jaramillo (2016, p. 49) cita que as Forças Armadas Revolucionárias da Colômbia (FARC) foram “pioneiras em desenvolver métodos de transporte que fossem capazes de transportar grandes quantidades de cocaína para os EUA”, e, em 1990, construíram o primeiro narco-sub de que se tem notícia. Os submarinos passaram a ser utilizados por traficantes partir dos anos 1990, após um período de utilização de barcos rápidos, entre os anos 1970 e início dos anos 1990. Diversos projetos foram desenvolvidos, sempre com o objetivo de diminuir a probabilidade de serem identificados e capturados. Esses projetos criaram diferentes tipos de narco-vessels: low profile vessels (LPV)/self-propelled semi-submersible (SPSS); submersible/fully-submersible vessels (FSV); e narcotorpedos (diversos tipos de torpedo que são rebocados) (BUNKER; RAMIREZ, 2014, p. 18; RAMIREZ, 2014, pp. 29-32). Os últimos modelos são classificados como “dispositivos parasitas” e não são considerados veículos submersíveis (BUNKER; RAMIREZ, 2014, p. 22; JARAMILLO, 2016, p. 51). Boa parte desses submarinos a serviço do narcotráfico é utilizada entre a América do Sul, América Central e América do Norte. Entretanto, também há relatos da apreensão de submarino na costa espanhola, o qual teve como origem a América do Sul (BUNKER; RAMIREZ, 2014, p. 13; RAMIREZ, 2014, p. 35). Nesta unidade, foram abordados o ambiente subaquático e os veículos utilizados para sua exploração. Diversas são as possibilidades de utilização desses veículos no ambiente subaquático. Nesse sentido, serão abordadas algumas dessas possibilidades nas próximas unidades. 33 UNIDADE IITÉCNICAS DE AVALIAÇÃO-INSPEÇÃO CAPÍTULO 1 Tipos de inspeção subaquática Tecnologias de inspeção subaquática Conforme abordado na unidade anterior, diversos veículos submarinos, tripulados ou não, podem realizar atividades no ambiente subaquático, entre elas a inspeção subaquática (ou submarina). Dentre os veículos abordados no capítulo anterior, somente os narcossubmarinos não possuem como objetivo a pesquisa, inspeção ou manutenção no ambiente subaquático. Todos os outros veículos possuem equipamentos capazes de realizar inspeções, como câmeras e iluminação, mesmo que seus usos sejam para área de pesquisas ou militar. Neste capítulo, serão abordados diferentes tipos de inspeção subaquáticas que possuem diferentes métodos e objetivos. Entretanto, essas inspeções são realizadas prioritariamente por ROVs ou, em alguns casos, por AUVs (MAI et al., 2016, p. 1). A indústria de óleo e gás gera grande demanda de utilização de veículos submarinos para realização de inspeções e intervenções. Boa parte dessa demanda é originada dos planos de gestão da integridade do sistema submarino de produção (SPS). Os equipamentos de um SPS são divididos entre equipamentos topside (de superfície, como cabine mestra de controle e unidade de potência hidráulica) e subsea (submarinos, como manifolds e umbilicais). Nesta unidade, serão abordadas as inspeções dos equipamentos submarinos (dutos, risers, árvores de natal molhada etc.) instalados no SPS, que estão sujeitos aos esforços mecânicos, estáticos e dinâmicos; às reações químicas, como as reações geradas pela interação entre os gases que podem ser produzidos com hidrocarbonetos e os componentes dos equipamentos 34 UNIDADE II | TÉCNICAS DE AVALIAÇÃO-INSPEÇÃO submarinos; e até mesmo às intempéries e condições climáticas, o que pode gerar degradação desses equipamentos (ABS, 2019, p. 1; BAI; BAI, 2018, p. 16). Essas atividades são parte integrante do escopo de inspeção, manutenção e reparo submarinos. Entre os stakeholders, podem ser destacadas as operadoras, que, ao implementarem um plano de gestão da integridade do SPS, agem de forma proativa, diminuindo ou até mesmo cessando a probabilidade dos ativos do SPS; fabricantes que garantem a confiabilidade de seus equipamentos; e agências reguladoras, que são responsáveis por, entre outras atribuições, estabelecer normas e procedimentos que sejam capazes de assegurar o desenvolvimento de um campo de petróleo submarino de forma segura (ABS, 2019, p. 1; ANP, 2015, p. 8). Inspeções submarinas também podem ter como objetivo o monitoramento da integridade de cascos de navios ou outras estruturas que não fazem parte da indústria de óleo e gás e até mesmo a inspeção visual para área de pesquisas, como a geologia marinha (MAI et al., 2016, p. 2; WYNN et al., 2014, p. 455). Um dos métodos de inspeção utilizado para gestão da integridade dos SPSs é o risk based inspection (RBI) (ABS, 2019, p. 18; BAI, 2018, p. 264). De acordo com Bai e Bai (2018, p. 264), RBI é definida como um método que utiliza a criticidade e os modos de falhas dos equipamentos como critério para estabelecer os planos de manutenção e inspeção de cada item do equipamento submarino. RBI normalmente é um ensaio não destrutivo (nondestructive testing – NDE) ou avaliação não destrutiva (nondestructive evaluation – NDE) e as informações geradas por ela são utilizadas para análise de riscos; definição do escopo de serviço; estabelecimento de plano de inspeção; monitoramento e manutenção; otimização do desempenho da planta; mitigação de falhas de equipamentos; e redução de custos (ABS, 2019, p. 18; BAI; BAI, 201, p. 265). Ressalta-se que nem todos os tipos de ensaios e avaliações não destrutíveis são aplicáveis facilmente a ambientes submarinos (BOENISCH, 2015, p. 3). A metodologia RBI possui alguns objetivos e o principal deles é buscar o equilíbrio entre custos de inspeção e benefícios. Esse equilíbrio pode ser entendido como consequência do método de avaliação da necessidade de inspeção. Após ter dados sobre determinado equipamento, é realizada uma avaliação que considera PoF (probability of failure) e CoF (consequences of failure) para determinar o nível de risco da integridade desse equipamento e se ele necessita de avaliação mais detalhada (BAI; BAI, 2018, p. 268). A seguir, segue o fluxo de desenvolvimento da uma RBI: 35 TÉCNICAS DE AVALIAÇÃO-INSPEÇÃO | UNIDADE II Figura 23. Fluxograma de inspeção do tipo RBI. Fonte: adaptada de Bai e Bai, 2018, p. 268. Diversas são as maneiras de avaliar a integridade dos ativos de um SPS. Dentre as técnicas de inspeção submarina, pode-se destacar a inspeção visual como sendo a mais básica delas. Outras tecnologias, como ensaios ultrassônicos, eletromagnéticos e radiográficos, também podem ser utilizadas para realizar inspeções submarinas (ABS, 2019, p. 9). Diversos são os tipos de inspeção aplicáveis a equipamentos submarinos e dutos. Dentre eles, destacam-se (CHRIST; WERNLI, 2014, p. 477): » Ensaio não destrutivos: inspeção por partícula magnética, alternating current field measurement (ACFM) e detecção de falha por ultrassom. » Detecção de objetos metálicos: ativo versus passivo, indutância ativa de pulso, indutância passiva, magnetômetros e gradiômetros. » Detecção de membros inundados (flooded member detection – FMD): FMD acústico e FMD radiográfico. » Sensores de potencial catódico. » Sensor ultrassônico para espessura de metal. Neste capítulo, serão abordadas algumas dessastécnicas e tecnologias aplicadas a inspeções submarinas. No capítulo seguinte, serão abordadas técnicas de inspeção realizadas por mergulhadores. 36 UNIDADE II | TÉCNICAS DE AVALIAÇÃO-INSPEÇÃO Navegação subaquática A navegação subaquática exige que diversos instrumentos e sensores sejam utilizados para monitorar subsistemas e garantir que o veículo se encontre funcional. A utilização de ROVs ou towfish garante posicionamento razoavelmente preciso por meio de sistemas de posicionamento acústico. Entretanto, ao utilizar um AUV com sistema INS (inertial navigation system), sistema que utiliza medições de acelerômetros e giroscópios para rastrear a posição e orientação de um objeto relativo a um ponto conhecido (WOODMAN, 2007, p. 5), a precisão de localização se torna a desvantagem desse veículo (CHRIST; WERNLI, 2014, p. 285; NASR et al., 2013, pp. 2-3). Os sensores utilizados em ROVs se dividem em sensores de navegação e sensores de survey. Ressalta-se que um tipo de sensor utilizado para survey pode ser utilizado também para navegação. Entretanto, os sensores utilizados pelo ROV são de responsabilidade da equipe do ROV, enquanto os sensores de survey são de responsabilidade da equipe de survey. A precisão dos instrumentos utilizados pela equipe de survey tende a ser maior, devido à natureza da atividade de survey (CHRIST; WERNLI, 2014, pp. 285-286). Um dos sensores utilizados para navegação é o flux gate compass (compasso de fluxo de porta), responsável por determinar o heading (direção) do veículo. Esse dispositivo mede o vetor do campo magnético do ambiente e a intensidade ao redor do sensor. Esse tipo de sensor utiliza como referência o norte magnético, de forma similar a uma bússola, e não o norte verdadeiro (CHRIST; WERNLI, 2014, p. 286). O tether do ROV possui dois sensores, o de contador de voltas e de comprimento em operação (tether in/out). O contador de voltas do tether registra um heading e utiliza essa informação como referência para determinar quantas vezes o veículo girou em torno do tether (em volta do eixo axial y). Já o sensor tether in/out registra a quantidade de cabo pago pela bobina do tether (CHRIST; WERNLI, 2014, pp. 287-288). Conforme mencionado no capítulo anterior, quanto mais profundo um ponto está no oceano, maior é a intensidade da pressão estática da coluna de fluido aplicada sobre ele. Com base nesse princípio, é possível determinar a profundidade de um veículo submarino. Há diferentes tipos de sensor de pressão utilizados para determinar profundidade e suas diferenças são relacionadas 37 TÉCNICAS DE AVALIAÇÃO-INSPEÇÃO | UNIDADE II à precisão do instrumento e ao tipo de elemento sensor. Sensores de pressão são compostos por elemento sensor, que sofre a pressão e traduz a intensidade dessa pressão em determinada grandeza, a qual, então, é traduzida para valor de engenharia (e.g., bar, psi, Pa) (CHRIST; WERNLI, 2014, pp. 288 e 301). O giroscópio é um tipo de sensor capaz de medir giros, utilizado em diversos dispositivos como embarcações, aviões, celulares. Seu princípio de funcionamento é simples; caso haja uma rotação em relação ao eixo sensível, será gerado sinal proporcional a essa rotação. Há duas classificações básicas para os giroscópios, quais sejam, os mecânicos, que geram sinal em forma de força; e os óticos, que geram sinal em forma de eletricidade (CHRIST; WERNLI, 2014, pp. 288 e 456). O sonar é utilizado para auxiliar a identificação de obstáculos e permitir que o piloto desvie o ROV desse obstáculo (CHRIST; WERNLI, 2014, p. 288). O altímetro tem função similar ao sensor de profundidade, porém utiliza o leito marinho como referência para calcular sua altura em relação ao próprio leito marinho. Um sinal acústico é enviado em direção ao leito marinho e o tempo de sua resposta (reflexão) é utilizado para calcular a altura em relação ao leito marinho (CHRIST; WERNLI, 2014, p. 288). Por fim, e não menos importante, o inclinômetro é o sensor responsável por determinar a inclinação em relação aos movimentos de pitch e roll. Os movimentos de pitch e roll ocorrem quando há variação de inclinação em relação aos eixos y e x, respectivamente. Figura 24. Fluxograma de inspeção do tipo RBI. Fonte: Christ e Wernli, 2014, p. 66. 38 UNIDADE II | TÉCNICAS DE AVALIAÇÃO-INSPEÇÃO » Heave – Movimento da embarcação no eixo Z. » Surge – Movimento da embarcação no eixo X. » Sway – Movimento da embarcação no eixo Y. » Yaw – Movimento da embarcação ao redor do eixo Z. » Roll – Movimento da embarcação ao redor do eixo X. » Pitch – Movimento da embarcação ao redor do eixo Y. Inspeção visual A inspeção visual é uma das formas de avaliar a integridade de equipamentos do SPS de forma preventiva e visa minimizar ou mitigar perdas de produção. É considerada um ensaio não destrutivo ou avaliação não destrutiva, e pode ser classificada como inspeção visual geral ou Classe I (general visual inspection – GVI); detalhada ou Classe II (detailed visual inspection – DVI) e fechada ou Classe III (close visual inspection – CVI) (ABS, 2019, p. 9; AMER et al., 2015, p. 2; BAI; BAI, 2018, p. 809; CHRIST; WERNLI, 2014, p. 73). A inspeção visual é considerada técnica subjetiva, entretanto critérios de inspeção e avaliação devem ser seguidos com base em normas e conhecimentos sólidos. A experiência, o conhecimento técnico e a interpretação do observador também são relevantes para uma inspeção visual de boa qualidade (DA SILVA, 2018, pp. 55-56). Da Silva (2018, pp. 55-56) define a inspeção visual submarina como: A inspeção visual é uma técnica subjetiva, realizada através das imagens geradas pela câmera do ROV, utilizada para detectar defeitos aparentes. O observador deve possuir técnica apurada obedecendo a sólidos requisitos básicos, conhecidos e corretamente aplicados. A inspeção visual depende prioritariamente de 56 uma boa acuidade visual, da atenção durante a inspeção, do conhecimento técnico e da interpretação de quem executa o ensaio. Amer et al. (2015, p. 2) e ABS (2019, p. 9) definem que as três classes de inspeção visual citadas acima possuem as seguintes características: 39 TÉCNICAS DE AVALIAÇÃO-INSPEÇÃO | UNIDADE II Quadro 2. Classes de inspeção visual. Classe Descrição Características I Inspeção visual geral (general visual inspection – gVI) Inspeção que normalmente não exige limpeza. Pode ser realizada por mergulhador ou ROV, e é capaz de observar somente falhas maiores. II Inspeção visual detalhada (detailed visual inspection – DVI) Inspeção que requer pequenas limpezas com utilização de escovas ou jato de água. Essa limpeza é suficiente para inspeções simples e localizadas, e.g., proteção catódica. III Inspeção visual fechada (close visual inspection – CVI) Inspeção que requer processo de limpeza para remover completamente vidas marinhas de estruturas, o que permitirá ao ROV ou mergulhador inspecionar corrosões visíveis ou danos em soldas. Fonte: Amer et al., 2015. As inspeções visuais podem ser realizadas tanto por ROVs, controlados por operadores, quanto por AUVs. Quando é utilizado ROV, as inspeções consistem na transmissão de imagens submarinas geradas por câmeras de vídeo para o operador (MAI et al., 2016, p. 3) e podem ser realizadas por ROVs mais simples, que possuem como única função, ou função principal, a inspeção submarina (CAPOCCI et al., 2017, p. 3). A inspeção visual pode ser utilizada em diversas aplicações, como estudos ambientais, de segurança, de manutenção de hidroelétricas, aquacultura, militares, científicas, em estruturas e equipamentos de óleo e gás, energia nuclear, busca e salvamento, arqueologia e civis (CAPOCCI et al., 2017, p. 4). Essas inspeções buscam evidenciar indícios de possíveis falhas ou degradação de equipamentos submarinos. As falhas ou degradações podem se originar de eventos aleatórios, como um furacão que atinge unidades offshore ou por ação do tempo (VALDES et al., 1997, p. 1). As inspeções visuais podem,ainda, ser realizadas pelos métodos direto e indireto. Pelo método direto, a inspeção é realizada a olho nu, com ou sem auxílio de lentes corretoras. Pelo método indireto, são utilizados dispositivos ópticos, que normalmente são as câmeras instaladas em ROVs (SILVA, 2018, pp. 56-57). Aplicação prática de inspeção visual é a inspeção visual de dutos submarinos. Nesse tipo de inspeção, diversos aspectos são analisados, como ocorrência de vazamentos, amassamentos, corrosão, desgaste, deformações, trincas, corrosão por aeração diferencial, condições de revestimento, descascamento, riscos, trincas, entre outros (PETROBRAS, 2017, p. 11). 40 UNIDADE II | TÉCNICAS DE AVALIAÇÃO-INSPEÇÃO Outro tipo de inspeção visual é o survey ou surveying (BAI; BAI; 2018, p. 9; CHRIST; WERNLI, 2014, p. 13). Survey, conforme o dicionário Michaelis (2002), significa “vista geral, visão; inspeção, vistoria, revista; laudo de inspeção, levantamento”. Na indústria de óleo e gás, o termo survey pode ser utilizado para diferentes tipos de inspeção. Uma atividade de survey pode ser realizada para análise geofísica do local onde será implementado um SPS ou instalado um duto (BAI; BAI, 2018, p. 9); para verificação das condições gerais da integridade do equipamento submarino (ABS, 2019, p. 5); ou para posicionamento da sonda de perfuração ou da broca de perfuração (CHRIST; WERNLI, 2014, p. 454). Na indústria de óleo e gás, conforme abordado anteriormente, normas e planos de gestão da integridade do SPS demandam que diversos tipos de inspeção subaquática sejam realizados. Christ e Wernli (2014, p. 12) listam diversas atividades realizadas durante as fases do desenvolvimento de um SPS, dentre as quais algumas atividades de inspeção visual e survey são realizadas, conforme abaixo: » Survey pré-lançamento de duto, umbilical ou linha de fluxo. » Survey de um site submarino (local em que há ou haverá um SPS). » Suporte à perfuração. » Inspeção de instalações submarinas. » Inspeção de plataformas e dutos para atendimento a normas regulatórias. Nas próximas seções, serão abordadas algumas técnicas de inspeção visual de forma detalhada. Inspeção por sonar O SONAR, ou sound navigation and ranging (CHRIST; WERNLI, 2014, p. 389; NRC, 2004, p. 38), é um sensor hidroacústico utilizado em ROVs e AUVs. Christ e Wernli (2014, p. 388) explicam o funcionamento de um sonar da seguinte maneira: Da mesma forma que as reflexões da luz se diferenciam entre objetos pela variação do nível de reflexão (intensidade de luz), e também pela variação do 41 TÉCNICAS DE AVALIAÇÃO-INSPEÇÃO | UNIDADE II comprimento de onda (cor da luz), o sonar caracteriza os alvos pela frequência e intensidade do som refletidas (CHRIST; WERNLI, 2014, p. 388). Alguns elementos são necessários para o funcionamento de um sonar, e os três principais são fonte (source), meio (medium) e receptor (receiver) (CHRIST; WERNLI, 2014, p. 389). » Fonte: uma fonte de som é necessária para emitir os pulsos para reflexão (em sistemas ativos) e/ou para reflexão (em sistemas passivos). » Meio: no vácuo total, o som não é propagado. Um meio físico é necessário para transmissão da onda de energia do emissor para o receptor. » Receptor: algum tipo de receptor é necessário para transformar a energia mecânicas (ondas sonoras) em energia elétrica (sinal elétrico) para processar o som e transformá-lo em sinais para processamento de informações. O funcionamento do sonar consiste em gerar vibração (por meio da fonte) que seja capaz de criar uma série de compressões e rarefações, causando, assim, a propagação do som pelo meio de transmissão (CHRIST; WERNLI, 2014, p. 389). Conforme mencionado acima, um sonar pode ser classificado em ativo e passivo. O sistema de sonar ativo é aquele que usa o sistema de transmissor/receptor. O transmissor emite sinal acústico e espera receber um feedback em forma de reflexão (ou echo – o termo sound backscatter é utilizado para definir o som refletido por qualquer objeto) do sinal emitido, que deve ser recebido pelo receptor (CHRIST; WERNLI, 2014, p. 390). Exemplo de sonar ativo é o usado em navios antissubmarinos, que emitem onda acústica e a reflexão dessa onda fornece informações para detecção, localização e determinação da distância do alvo referido (MOURA, 2013, p. 1). Já um sonar passivo não emite qualquer tipo de sinal, somente recebe o sinal acústico, ou ruído do ambiente, proveniente de uma fonte no ambiente, para realizar sua tarefa (CHRIST; WERNLI, 2014, p. 390; GOLTZ, 2019, p. 6; MOURA, 2013, p. 7). 42 UNIDADE II | TÉCNICAS DE AVALIAÇÃO-INSPEÇÃO O sonar pode ter diferentes funções, como auxiliar o piloto de ROV a desviar de obstáculos em locais onde há pouca ou nenhuma visualização do ambiente (CHRIST; WERNLI, 2014, p. 288) ou realizar caracterização 3D de estruturas submarinas (CHRIST; WERNLI, 2014, p. 325). Christ e Wernli (2014, p. 388) identificam que os sonares podem ser utilizados para as seguintes aplicações: » batimetria por eco sonoro; » sonar tipo side-scan para batimetria, localização de itens e identificação de detritos; » identificação de alvos submarinos; » pesquisa geofísica; » comunicação submarina; » telemetria submarina; » dispositivos de escuta militares (sonar passivo) para identificação de embarcações e submarinos; » manutenção de posição com sistema de posicionamento acústico; » localização de peixes; » classificação acústica do leito marinho; » rastreamento de veículos submarinos; » medição de ondas e correntes. A frequência utilizada pelo sonar interferirá diretamente em alguns resultados e parâmetros de inspeção, como a qualidade das imagens geradas, a profundidade de penetração no meio e a área de cobertura do sonar. Quanto maior for a frequência, menor será a propagação da onda. Ademais, a qualidade e o detalhamento da imagem serão melhores. Quanto menor for a frequência utilizada, maior será a propagação da onda. Então, a qualidade e o detalhamento da imagem serão menos precisos. As frequências acima de 700 kHz são consideradas altas, e a faixa de 60-100 Hz é considerada de baixa frequência (CHRIST; WERNLI, 2014, pp. 402-404). 43 TÉCNICAS DE AVALIAÇÃO-INSPEÇÃO | UNIDADE II O sonar pode ser utilizado para diversas funções, como gerar imagens do leito marinho, traçar o perfil do leito marinho, identificar objetos submarinos, calcular sua distância até o leito marinho e detectar obstruções que possam gerar perigos a navios ou equipamentos de um SPS (BAI; BAI, 2018, p. 89; CHRIST; WERNLI, 2014, p. 408). Um sonar pode ser utilizado de diferentes formas. O sonar side-scan é um tipo de sonar instalado na lateral de um towfish ou AUV, que gera diversas fotografias (shots) da área a ser avaliada conforme a embarcação ou AUV navega. A qualidade dos dados desse tipo de sonar é comprometida quando usado um towfish devido aos movimentos do próprio towfish e da embarcação que o movimenta. Entretanto, quando AUV é usado, é esperado que se tenha uma melhor qualidade dos dados do sonar (CHRIST; WERNLI, 2014, pp. 402-404). Figura 25. Exemplo da navegação de um tow fish ou AUV durante utilização de sonar side-scan. Fonte: Christ e Wernli, 2014, p. 408. » Shoot – Disparo do sonar para batimetria. » Move – Direção do movimento do AUV. Os sonares com escaneamento mecânico são utilizados em equipamentos ou veículos que possuem certa estabilidade. Quando se utiliza o escaneamento mecânico, o sonar é posicionado na estrutura de um equipamento relativamente estável (ROV, tripé, dock station). Então, é realizada uma varredura com a movimentação da plataforma onde o sonar é instalado. Essa movimentação normalmente é realizada por um motor de passo (CHRIST; WERNLI, 2014, p. 406). 44 UNIDADE II | TÉCNICAS DE AVALIAÇÃO-INSPEÇÃO Avaliação de danos Os equipamentos de um SPS (árvores de natal molhada, manifolds, dutos) e as embarcações (sistemas de ancoragem, cascos) que o compõem precisam ser avaliadascom o objetivo de identificar danos e perigos que impactem a integridade do sistema. Também podem ser avaliados equipamentos de ancoragem (BAI; BAI, 2018, p. 16). A produção de hidrocarbonetos normalmente é multifásica e não há qualquer tipo de separação antes do transporte dos hidrocarbonetos até a planta de produção. Por esse motivo, é possível que sejam gerados acúmulos de sais, corrosão e scales, fator que pode gerar danos nos equipamentos submarinos. Corrosão é a “deterioração de um metal devido a interações eletroquímicas ou químicas entre o metal e seu ambiente” (BAI; BAI, 2018, p. 456). Scale é definido como “depósito de componentes minerais inorgânicos da água” (BAI; BAI, 2018, p. 456). Scales podem causar entupimentos e restrições de fluxos em dutos e danificar equipamentos como bombas e válvulas (BAI; BAI, 2018, p. 456). Silva (2018) e Petrobras (1988, 2004) definem três técnicas de inspeção visual, que visam analisar os danos, a integridade dos equipamentos submarinos e seu sistema de proteção catódica. Essas três técnicas são classificação de corrosão, incrustações marinhas e desgaste de anodos. Para realizar a classificação dessas três técnicas, as normas N-1815 e N-2260 fornecem informações para definir os parâmetros de análise e classificação de danos. A seguir, seguem as classificações de uma corrosão (PETROBRAS, 1988, p. 1 apud SILVA, 2018, p. 58; PETROBRAS, 2004, pp. 3-4 apud SILVA, 2018, p. 58). » Quanto à extensão (em relação a cada área inspecionada): › Localizada: corrosão em ponto isolado na área considerada na inspeção. › Generalizada: corrosão em toda a área considerada na inspeção. › Dispersa: corrosão em vários pontos isolados na área considerada na inspeção. 45 TÉCNICAS DE AVALIAÇÃO-INSPEÇÃO | UNIDADE II » Quanto à forma: › Uniforme: caracterizada por uma perda uniforme de material. › Alveolar: caracterizada por apresentar cavidades na superfície metálica, possuindo fundo arredondado e profundidade geralmente menor que seu diâmetro. › Pitiforme: caracterizada por cavidades que apresentam fundo em forma angular e profundidade geralmente maior que o seu diâmetro. » Quanto à intensidade (considerar apenas a forma alveolar): › Tipo I: alvéolos que apresentam diâmetro menor que 4 mm ou perda de espessura de até 10% da espessura nominal. › Tipo II: alvéolos que apresentam diâmetro com valor compreendido entre 4 mm e 10 mm ou perda de espessura maior do que 10% e menor do que 20% da espessura nominal. › Tipo III: alvéolos que apresentam diâmetro maior que 10 mm e menor que 50 mm ou perda de espessura maior do que 20% e menor do que 50% da espessura nominal. › Tipo IV: alvéolos que apresentam diâmetro superior a 50 mm ou perda de espessura maior do que 50% da espessura nominal. A avaliação considera a natureza e o tamanho de incrustações marinhas, conforme abaixo (PETROBRAS, 2004, pp. 4-5 apud SILVA, 2018, p. 59): » Quanto à natureza: › Duras: incrustações de consistência dura, formadas por cracas, mexilhões e/ou ostras. › Moles: incrustações de consistência mole, formadas por folhas, algas e/ou esponjas. 46 UNIDADE II | TÉCNICAS DE AVALIAÇÃO-INSPEÇÃO » Quanto à extensão: › Localizada: em uma área inspecionada. › Generalizada: em toda a área inspecionada. › Dispersa: em vários pontos isolados na área inspecionada. » Quanto à intensidade: › Em cada área inspecionada, quantificar de 0% a 100% para cada natureza de incrustações. A avaliação dos anodos de proteção catódica de um equipamento submarino avalia sua integridade em relação ao desgaste observado durante inspeção visual (PETROBRAS, 2004, pp. 5-6 apud SILVA, 2018, pp. 59-60). » Generalizado: caracterizado pela perda generalizada de massa. › Leve: os anodos apresentam, aproximadamente, as dimensões nominais com formato original. › Médio: os anodos contêm massa considerável, porém não apresentam o formato original bem definido. › Severo: os anodos apresentam desgaste excessivo com uma pequena massa residual circundando suas almas. » Irregular: caracterizada pela perda localizada de massa. Os dutos flexíveis são equipamentos do SPS que podem sofrer danos identificáveis por meio da inspeção visual. Da Silva (2018) exemplifica esses danos a partir de arquivo pessoal, conforme pode-se verificar no apêndice B (p. 81) deste link. Identificação de detritos Detritos podem estar presentes nos equipamentos de um SPS e ao seu redor. Durante a inspeção visual, a identificação de detritos pode ser útil para classificar objetos não desejados no SPS (e.g., barris, pneus ou qualquer outro material não desejado), como também para verificar se determinado detrito pode ser proveniente da falha ou degradação de algum equipamento submarino. Os detritos provenientes de falha ou degradação de um equipamento marinho podem auxiliar na detecção de corrosão ou desgaste excessivo do anodo de sacrifício (DNV, 2009, p. 30; NASR et al., 2013, p. 5). 47 TÉCNICAS DE AVALIAÇÃO-INSPEÇÃO | UNIDADE II Figura 26. Exemplo de detrito identificado por AUV. Fonte: Hagen et al., 2010, p. 28. A proteção catódica é uma técnica de proteção da estrutura de equipamentos submarinos contra corrosão (BAI; BAI, 2018, p. 472). Um anodo de sacrifício é soldado à estrutura submarina metálica, e, por possuir maior potencial eletroquímico do que o metal da estrutura metálica, somente há eletrólise entre o meio aquoso e o anodo (reação que gera corrosão). Dessa forma, a estrutura metálica não é afetada pela corrosão (CHRIST; WERNLI, 2014, p. 496). Figura 27. Processo de corrosão de metal. Fonte: Christ e Wernli, 2014. 48 UNIDADE II | TÉCNICAS DE AVALIAÇÃO-INSPEÇÃO » Anode – Anodo. » Cathode – Catodo. » Corrosion – Corrosão. » No corrosion – Ausência de corrosão. » Ion flow – Fluxo de íons. » Anions – Ânions. » Cations – Cátions. » Electron flow – Fluxo de elétrons. » Electrolyte – Eletrólito. » Voltage difference – Diferencial de tensão. Outra maneira de detectar detritos ocorre mediante a utilização de sonares do tipo side-scan (BAI; BAI, 2018, p. 89), conforme abordado na seção “T2 Inspeção por sonar”. Detalhes construtivos dos dutos Os dutos submarinos podem possuir diferentes funções e nomenclaturas em um SPS. Quando se fala em dutos submarinos, destacam-se flowlines, risers e pipelines. Esses três tipos de dutos têm, praticamente, o mesmo modelo de desenvolvimento, embora tenham funções diferentes (BAI; BAI, 2018, p. 920). As flowlines são um componente do SURF, acrônimo para Subsea Umbilicals, Risers and Flowlines. A principal função desses três componentes do SPS é interligar os equipamentos submarinos (árvore de natal molhada ou ANM, manifold, PLET, PLEM) aos risers e também realizar a interligação entre equipamentos submarinos (e.g., um manifold é interligado à plataforma de produção e também às árvores de natal molhada, que compõem o cluster) (BAI; BAI, 2018, pp. 6 e 920). 49 TÉCNICAS DE AVALIAÇÃO-INSPEÇÃO | UNIDADE II Figura 28. Exemplo de cluster em que o manifold é ligado às flowlines por PLETs/PLEMs e às ANMs por jumpers. Fonte: Bai e Bai, 2018. » Well jumpers – Jumpers entre poços. » Manifold – Estrutura submarina para formação de cluster (junção de diferentes poços por um equipamento submarino em comum). » Flowline – Linha de fluxo. » PLETs/PLEMs – Pipeline end terminations/pipeline end manifolds, interface entre as flowlines e manifold. » Flowline jumpers – Jumpers das linhas de fluxo. Os risers são os dutos que interligam as flowlines à unidade de produção; e os pipelines interligam a unidade de produção às plantas de produção ou refinarias em terra (BAI; BAI, 2018, p. 920). Figura 29. Exemplo de cluster em que o manifold é ligado às flowlines por PLETs/PLEMs e às ANMs por jumpers. Fonte: Bai e Bai, 2018. 50 UNIDADE II | TÉCNICAS DE AVALIAÇÃO-INSPEÇÃO » Expansion tie-in spoolpiece – Conexão para expansão do duto. » Infield flowline – Linha de fluxo entre plataformas.
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