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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.» Riser – Seção do duto que vai até a plataforma, trecho suspenso. » Tie-in – Conexão entre linhas de fluxo. » Flowlines – Linhas de fluxo. » Subsea manifold – Manifold submarino, estrutura utilizada para criar cluster. » Sattelite subsea wells – Poços submarinos satélites. » Exporte pipeline – Duto de exportação. » Existing line – Linha existente. » Pipeline crossing – Cruzamento de dutos. » To shore – Trecho do duto que segue para terra. Os dutos submarinos podem ser classificados em rígidos e flexíveis, e por eles é realizado o transporte dos hidrocarbonetos até a planta de produção e a injeção de fluidos no reservatório (água ou gás). Conforme aumenta a necessidade de desenvolvimento de equipamentos para maiores pressões de trabalho, as tecnologias envolvidas no desenvolvimento de dutos também se tornam desafiadoras (BAI; BAI, 2018, p. 22). Os dutos submarinos flexíveis podem ser classificados quanto à forma de união de suas camadas e à rugosidade de sua parede interna. Com relação à forma de união de suas camadas, os dutos flexíveis podem ser classificados em bounded (aderentes) e unbounded (não aderentes). Os dutos aderentes têm suas camadas metálicas vulcanizadas “em uma matriz de elastômero, que passa a ocupar os espaços entre as camadas” (AZEVEDO, 2018, p. 6). Já os dutos não aderentes possuem diferentes camadas de elastômeros e metais, as quais possuem certo nível de deslizamento entre elas mesmas. Com relação à rugosidade da parede interna, os dutos podem ser classificados em smooth bore (parede lisa) ou rough bore (parede rugosa). Os dutos de parede rugosa possuem reforço contra colapso, já os dutos de parede lisa não possuem esse reforço. 51 TÉCNICAS DE AVALIAÇÃO-INSPEÇÃO | UNIDADE II Figura 30. Dutos com parede lisa e parede rugosa. Fonte: Azevedo, 2018. » Smooth bore – Parece interna lisa. » Rough bore – Parede interna rugosa. Para o desenvolvimento de um duto submarino, é necessário que sejam avaliadas características do local de instalação do duto e os esforços que ele receberá. Essas avaliações fornecerão dados para o processo de desenvolvimento do duto, o que definirá parâmetros de construção, como diâmetro interno do duto, espessura da parede do duto, material a ser utilizado, revestimentos e espessura de revestimentos (quando aplicável) (BAI; BAI, 2018, p. 922). Diversas camadas de faixas de metal e polímeros são utilizadas para construção de um duto flexível, conforme componentes abaixo (AZEVEDO, 2018, p. 8; LI, 2018, p. 1; SALGADO; AZEVEDO, 2016, p. 45): » Carcaça intertravada – Camada mais interna e feita de aço. É projetada para resistir ao colapso hidrostático (cargas de pressão externas). » Camada plástica interna – Camada polimérica que impede o fluido transportado de sair do bore (parte interna do duto por meio da qual são escoados os hidrocarbonetos). » Armadura de pressão – Resiste à pressão interna do fluido e à pressão externa do esmagamento da armadura de tensão. » Armadura de tensão – Resiste às cargas axiais e às tensões. » Antidesgaste (fitas) – Protege contra a fricção entre camadas adjacentes. » Capa externa – Resiste à corrosão e à abrasão. 52 UNIDADE II | TÉCNICAS DE AVALIAÇÃO-INSPEÇÃO Figura 31. Composição típica de duto flexível. Fonte: Salgado e Azevedo, 2016. Figura 32. Corte transversão de duto flexível típico. Fonte: Salgado e Azevedo, 2018. O duto submarino é desenvolvido de forma a evitar problemas que podem influenciar o transporte de hidrocarbonetos, como a formações de hidratos, depósitos de parafinas e scales. Para atingir esse objetivo, são instaladas camadas de isolamento térmico (BAI; BAI, 2018, p. 364). Hidratos são formações parecidas com blocos de gelo, originadas da reação entre água e gases a baixas temperaturas e altas pressões (metano, etano, propano, nitrogênio, dióxido de carbono e sulfeto de hidrogênio) (BAI; BAI, 2018, p. 410). Além de camadas de materiais isolantes, consideradas como método passivo, é possível utilizar métodos ativos para aquecimento dos dutos (ETH-PiP). 53 TÉCNICAS DE AVALIAÇÃO-INSPEÇÃO | UNIDADE II Rastreamento de dutos encobertos Dutos submarinos podem ser encontrados encobertos por materiais do solo marinho. Essa cobertura pode ser proposital ou não, e, caso seja proposital, pode auxiliar o isolamento térmico do duto (BAI; BAI, 2018, p. 443). Conforme abordado na seção “T2 Detalhes construtivos dos dutos”, os dutos podem possuir camada de isolamento térmico. Um duto encoberto propositalmente terá camada de isolamento fornecida pelo material do leito marinho. Além do isolamento térmico, um duto encoberto possui maior estabilidade, pois não está sujeito a esforços causados por correntes marítimas ou vãos livres (BAI; BAI, 2018, p. 390; SPEIGHT, 2015, p. 232). Por não estar em contato com a água, um duto encoberto terá menos chance de sofrer com processos de corrosão (BAI; BAI, 2018, p. 456). O rastreamento de dutos é uma das tarefas que compõem o plano de manutenção de dutos. Ressalta-se que esse tipo de tarefa também é aplicável a umbilicais de controle (hidráulico e eletro-hidráulico (BAI; BAI, 2018, p. 809). Uma forma de rastrear dutos encobertos ocorre por meio de sensores, chamados de pipe tracker, os quais podem ser acústicos de baixa frequência ou eletromagnéticos. Esses sensores utilizam campo magnético para medir a distância relativa entre o sensor e o duto. Dutos com diâmetros pequenos e em grandes profundidades (de cobertura pelo solo marinho) são difíceis de serem detectados (DNV, 2009, p. 55). Os pipe trackers podem ser classificados também como ativos (induzem campo magnético e recebem corrente induzida de outro componente metálico próximo, e.g., duto encoberto) e passivos (utilizam campo magnético induzido por outra fonte para gerar corrente, e.g., cabos de comunicação operando a 60 Hz) (CHRIST; WERNLI, 2014, p. 309). Figura 33. Medição de duto encoberto com ROV. Fonte: Christ e Wernli, 2014. 54 UNIDADE II | TÉCNICAS DE AVALIAÇÃO-INSPEÇÃO » Distance to pipe – Distância entre sensor e duto. » Altitude to bottom – Altitude entre ROV e leito marinho. » Altitude – Altitude. » Depth of burial – Profundidade do duto encoberto. Detecção de vãos livres e medição Os vãos livres (free span ou free spanning) consistem na área entre o solo marinho e o duto quando o duto não toca o leito marinho (BAI; BAI, 2018, p. 466). Dois termos devem ser esclarecidos com o objetivo de evitar análises errôneas. O gap é a distância medida entre o leito marinho e o duto, e o comprimento do vão livre é toda a dimensão horizontal em que há um gap (DNV, 2006, p. 11). Figura 34. Caracterização do comprimento e gap de vão livre. Fonte: elaborada pelo autor. Esse vão gera esforços nos dutos, que devem ser avaliados quanto ao “estado limite do carregamento estático, térmico e de fadiga” (SILVA, 2018, p. 63) para evitar fadiga e complacência do duto, uma vez que a espessura da parede influencia a capacidade de sustentação do duto (BAI; BAI, 2018, p. 466). Figura 35. Exemplo de esforços considerados em análise de vão livre. Fonte: Reis, 2013. 55 TÉCNICAS DE AVALIAÇÃO-INSPEÇÃO | UNIDADE II A avaliação e medição do vão livre é um dos itens utilizados na RBI de dutos submarinos (BAI; BAI, 2018, p. 278). Ressalta-se que diversos são os fatores que intensificam a probabilidade de falha de dutos, como a corrente marinha, o próprio peso, a tração, a rigidez do solo e outros esforços “que produzem uma grande quantidade de ciclos oscilatórios e, caso haja sobreposição desses ciclos, as amplitudes resultantes podem ser elevadas, ou seja, causar a ressonância do sistema” (REIS, 2013, p. 2). O nível de detalhamento e a precisão das características de um vão livre determinam se ele é considerado not well defined (baixo nível de definição), well defined (bom nível de definição) e very well defined (alto nível de definição). Essas características são comprimento do vão, carga axial efetiva,gap, condições do solo e todo tipo de informação que possa auxiliar o estudo de vãos livres (DNV, 2006, p. 18). Bai e Bai (2018) definem as categorias de probabilidade de falha (probability of failure – PoF) de dutos por operações marítimas e por análise do comprimento máximo de vão livre, conforme o quadro a seguir: Quadro 3. Categorias de PoF para operações marítimas. Atividade de operação marítima PoF Descrição Baixa 1 Poucas ou insignificantes operações marítimas na área comparadas ao nível de atividades marítimas a que o duto está exposto. Média 3 Moderadas operações marítimas na área comparadas ao nível de atividades marítimas a que o duto está exposto. Alta 4 Muitas operações marítimas na área comparadas ao nível de atividades marítimas a que o duto está exposto. Fonte: Bai e Bai, 2018. Quadro 4. Categorias de PoF para análise do resultado de inspeção do comprimento máximo de vão livre. Atividade de operação marítima PoF Descrição Insignificante 1 Comprimento do vão (L)/diâmetro do duto (D) < 20 Moderada 3 20 ≤ L/D < 30 Significante 5 L/D ≥ 30, ou vão dinâmico Sem inspeção ou não preenchido 3 Sem inspeção ou não preenchido Vão livre dinâmico 5 O histórico de inspeção define o vão como dinâmico. Vão desenvolvido em solo macio Fonte: Bai e Bai, 2018. A medição e inspeção visual de vãos livres devem ser realizadas com o objetivo de identificar possíveis desgastes na estrutura do tudo analisado. Informações 56 UNIDADE II | TÉCNICAS DE AVALIAÇÃO-INSPEÇÃO sobre altura máxima, o início e fim de todos os vãos livres devem ser registradas por mergulhador, ROV, AUV ou MBES (multi-beam echo sounder – ecobatímetro de feixes múltiplos) (PETROBRAS, 2017, p. 16). Condições do leito subaquático As características e condições do leito subaquático podem ser analisadas por diferentes métodos. Podem ser utilizados sonares que traçam o perfil do solo (DNV, 2009, p. 55) ou as características do leito subaquático podem ser definidas por inspeções visuais (DNV, 2009, p. 54). Por meio da batimetria, “medição da profundidade em corpos de água” (CHRIST; WERNLI, 2014, p. 32) que pode ser obtida por meio de survey, é possível determinar as condições do leito marinho e diversos fatores que podem influenciar o desenvolvimento de um SPS. Essa medição mapeia detalhadamente as formas do leito marinho (contornos) e suas características (CHRIST; WERNLI, 2014, p. 32). A batimetria pode ser definida por Gagg (2016, p. 5) como: Em grego, “bathus” significa profundo e “metron“ medida. A batimetria trata do conjunto dos princípios, métodos e convenções usados para determinar a medida do contorno, da dimensão relativa da superfície submersa dos mares, rios, lagos, represas e canais. Os levantamentos batimétricos têm por objetivo efetuar medições de profundidades que estejam associadas a uma posição da embarcação na superfície da água, as quais são necessárias em áreas marítimas, fluviais, canais, lagoas etc, buscando representar estas áreas em uma carta, e desta forma conhecer o comportamento da morfologia de fundo de um rio, reservatório, canal ou de um oceano. Outra forma de avaliar a composição do leito marinho é realizar cone penetration test (CPT) ou piezocone penetration test (PCPT). Esse teste é capaz de determinar as características do solo marinho em determinada região (BAI; BAI, 2018, pp. 84 e 98). O instrumento utilizado para realizar esse teste é chamado de penetrometer, e existem modelos mecânicos, elétricos e o piezocone (LUNNE; ROBERTSON; POWELL, 1997, pp. 4-7). 57 TÉCNICAS DE AVALIAÇÃO-INSPEÇÃO | UNIDADE II Figura 36. Exemplo de penetrometer elétrico. Fonte: Lunne; Robertson; Powell, 1997. » Conical point – Ponto cônico para penetração. » Load cell – Célula de carga. » Strain gauges – Extensômetro. » Friction sleeve – Camisa de atrito. » Adjustment ring – Anel de ajuste. » Waterproof bushing – Bucha à prova d’água. » Cable – Cabo. » Connection with rods – Conexão com as varas. Detecção de movimentação do duto O movimento de correntes marítimas, ventos e ondas influenciam o desenvolvimento do SPS e da unidade de produção. Todos os equipamentos são afetados de alguma forma, e o mesmo acontece com os dutos submarinos (BAI; BAI, 2018, p. 279). Uma das formas de identificar a movimentação lateral de dutos é por meio de high precision survey (HPS), uma survey com alto grau de precisão de posicionamento. Esse tipo de survey deve ser realizado de forma periódica, com objetivo de criar banco de dados capaz de fornecer informações suficientes para avaliar e comparar o posicionamento de dutos em diferentes épocas e identificar indícios de deterioração nas laterais dos dutos (DNV, 2009, p. 28; NASR et al., 2013, p. 6). Outra forma de identificar se é possível haver movimentação de duto ocorre mediante a utilização de sensores de correntes 58 UNIDADE II | TÉCNICAS DE AVALIAÇÃO-INSPEÇÃO próximos ao leito marinho. Dessa forma, é possível identificar se as correntes em determinado local podem ou não influenciar a movimentação de dutos (DNV, 2009, p. 30). Sonares também podem ser utilizados para gerar dados (imagens) e identificar movimentação lateral de dutos. Figura 37. Exemplo de movimentação lateral de duto. Fonte: Bruton et al., 2008. Uma RBI de estabilidade de dutos no solo considera aspectos como os resultados e a data de inspeções anteriores (quando houver), se o duto está enterrado ou não e se a locação é onshore ou offshore. A seguir, segue a relação da PoF de um duto com base na análise da estabilidade de um duto (BAI; BAI, 2018, pp. 279-280). Quadro 5. Categorias de PoF para análise de estabilidade de duto no solo. Resultados da inspeção PoF Descrição Insignificante 1 Sem movimentação de duto ou movimentação insignificante (movimentação lateral ≤ 10 m). Moderada 3 Movimentação lateral moderada; sem curvas fechadas (10 m < movimentação lateral ≤ 20 m). Significante 5 Movimentações laterais resultam em condição de operação não desejada; curvas fechadas; sinais de empenamento ou enrugamento; duto próximo a detritos ou fora de sua rota (movimentação lateral > 20 m). Sem inspeção ou vazio 1 Última inspeção realizada durante instalação/comissionamento. Fonte: Bai e Bai, 2018. Avaliação do trajeto para o serviço de inspeção A avaliação do trajeto de uma inspeção ou survey deve ser realizada por equipe qualificada que deve sugerir recomendações ou alterações com base nas informações obtidas (BAI; BAI, 2018, p. 87). 59 TÉCNICAS DE AVALIAÇÃO-INSPEÇÃO | UNIDADE II Caso seja utilizado towfish, uma rota pré-determinada deve ser utilizada, e o towfish utiliza algoritmos avançados com dados em tempo real, os quais permitem resposta imediata sobre a distância entre o duto e sensor. Então, após essa resposta, é possível realizar ajustes do posicionamento do towfish (NASR et al., 2013, p. 3). A execução de inspeções por AUV é realizada em trajetos pré-definidos. O deslocamento do AUV do ponto inicial até o ponto final é chamado de corrida, caso a missão seja a inspeção de um duto completo. O cruzamento de um ponto específico é chamado de passagem, e a sequência de posições que o veículo deve percorrer durante uma missão é chamada de caminho, rota ou trajeto (SONAGLIO, 2017, p. 145). A técnica SLAM (simultaneous localization and mapping – localização e mapeamento simultâneos) utiliza dados coletados de diferentes sensores para identificar a localização do dispositivo, bem como seguir o caminho planejado. Simultaneamente, são colhidos os dados do objeto monitorado e registrados de acordo com sua posição (SONAGLIO, 2017, p. 21). Deve-se garantir que o caminho percorrido pelo AUV seja definido de forma a manter o objeto da inspeção, e.g., duto, dentro de sua área de inspeção visual. Sonaglio (2017, p. 146) afirma que “os próprios equipamentos sob inspeção, por sua característica de continuidade, serviriam como referência para o SLAM”. Figura 38. Exemplo de inspeção realização por AUVe zona de inspeção. Fonte: Sonaglio, 2017, p. 145. Alguns fatores podem contribuir para alteração no percurso do duto, como dilatação ou retração causadas por alterações de temperatura, “perda de sustentação por mudança do solo na base do duto, choques etc.” 60 UNIDADE II | TÉCNICAS DE AVALIAÇÃO-INSPEÇÃO (SONAGLIO, 2017, p. 147). Todos esses fatores devem ser considerados ao ser planejada a rota de inspeção. Aspecto importante das inspeções com AUV é que os veículos possuem certa dificuldade para percorrer o caminho exato dos dutos. Tal dificuldade é observada devido a fatores relacionados ao veículo, como raio de manobra e tempo de reação à mudança de direção. A rota percorrida pelo AUV seria mais próxima a segmentos de retas e uma solução possível é a uti l ização de l inha média que seja matematicamente próxima ao percurso do duto (JACOB; KARIMANZIRA, 2014 apud SONAGLIO, 2017, p. 148). A seguir, será possível verificar como a utilização de linha média em relação ao traçado do duto e em relação à zona de inspeção com limites pré-definidos é aplicada ao planejamento de rotas de inspeção de dutos. Figura 39. Exemplo de inspeção realização por AUV e zona de inspeção. Fonte: Sonaglio, 2017, p. 149. O caminho a ser percorrido por AUV durante a inspeção deve ser planejado, entretanto, conforme mencionado anteriormente, mudanças no posicionamento de dutos podem ocorrer. Uma forma de mitigar erros de inspeção causados pela localização de dutos fora da zona de inspeção ocorre mediante a técnica de múltiplas passagens. Antes de realizar a inspeção, o próprio veículo utilizado durante a inspeção pode realizar diversas corridas no trecho do duto. A cada corrida, o veículo coleta dados que serão utilizados para as próximas corridas e assim sucessivamente. Dessa forma, é possível garantir que, ao final de diversas corridas, toda a área de interesse e percurso do duto será inspecionada e que não haverá trechos sem inspeção (SONAGLIO, 2017, p. 150). A seguir, serão exemplificadas duas situações; a primeira demonstra zona de inspeção insuficiente para cobrir toda a rota do duto, e a segunda exemplifica a zona 61 TÉCNICAS DE AVALIAÇÃO-INSPEÇÃO | UNIDADE II de inspeção composta por múltiplas passagens, em que a zona de inspeção se torna suficiente para cobrir toda a rota do duto. Figura 40. Exemplo de zona de inspeção insuficiente para inspeção de todo o percurso do duto. Fonte: Sonaglio, 2017, p. 150. Figura 41. Exemplo de zona de inspeção composta por múltiplas passagens. Fonte: Sonaglio, 2017, p. 151. A planejamento do trajeto é desenvolvido com base em waypoints, em trajeto sem obstáculos. É usado para quatro tipos diferentes de missão: navegação, cobertura, localização e mapeamento. Esse planejamento pode ser desenvolvido por meio de algoritmos, que possuem como vantagem a possibilidade de elaborar rotas otimizadas e adaptadas a ambientes complexos e qualificar o caminho sem a intervenção humana (PROENÇA, 2016 apud SONAGLIO, 2017, p. 154). Após esse planejamento, é possível obter dados como a curvatura máxima e o raio mínimo de curvatura do veículo, os quais são importantes para definir os movimentos que o veículo deverá realizar para mudar de direção (SONAGLIO, 2017, p. 156). 62 UNIDADE II | TÉCNICAS DE AVALIAÇÃO-INSPEÇÃO Os dados obtidos durante uma inspeção podem perder qualidade devido à rota de inspeção mal planejada. Sonaglio (2017, p. 156) define que a rota de inspeção deve ser paralela em relação ao duto, de modo que este permaneça dentro da zona de inspeção. Alguns fatores são influenciados por esse paralelismo, ou pela falta dele. Sonaglio (2017, p. 156) destaca os seguintes fatores que são influenciados pela rota do AUV: » Qualidade da coleta de dados, uma vez que depende de parâmetros de inspeção, e.g., distância entre veículo e objeto a ser inspecionados, e das condições ambientais. » “Equipamentos de inspeção são calibrados para trabalharem a uma distância ideal, abaixo ou acima da qual a perda de resolução resulta na perda de dados” (SONAGLIO, 2017, p. 156). » O veículo deve ser capaz de corrigir seu posicionamento em caso de desvios causados por fatores externos, e.g., correntes submarinas, ou internos, e.g., sistema de desvio de obstáculos. A capacidade de alcance dos sensores, aliada ao trajeto percorrido pelo AUV e às características de mobilidade do AUV, como raio mínimo de manobra, pode afetar diretamente a qualidade da inspeção. Características do ambiente e de construção do duto, e.g., partes encobertas, podem influenciar a qualidade e a efetividade da inspeção e impedir que determinados trechos do duto sejam inspecionados, conforme será exemplificado a seguir (SONGALIO, 2017, pp. 158-160). No exemplo, o raio de curvatura mínimo do ROV impede que seja realizada varredura efetiva do duto. Figura 42. Exemplo de inspeção com trechos de duto fora da zona de inspeção. Fonte: Sonaglio, 2017, p. 160. Entretanto, podem ser utilizadas técnicas que permitem a varredura total do duto a ser inspecionado. Ressalta-se que, no exemplo a seguir, as características de raio de curvatura mínimo para manobra do AUV influenciam diretamente o percurso de inspeção. 63 TÉCNICAS DE AVALIAÇÃO-INSPEÇÃO | UNIDADE II Figura 43. Exemplo de inspeção com todos os trechos de duto cobertos pela zona de inspeção. Fonte: Sonaglio, 2017, p. 158. Sonaglio (2017, p. 161) propõe alternativa que pode ser empregada para garantir que o percurso do AUV seja capaz de inspecionar toda a faixa do duto. Essa alternativa é chamada de sobreposição de sinal de sensores. Nessa técnica, o AUV realiza percursos em que a faixa de inspeção é sobreposta, o que elimina a possibilidade de haver trechos do duto não cobertos pela inspeção. Figura 44. Exemplo de inspeção de dutos com sobreposição de sinais. Fonte: Sonaglio, 2017, p. 162. Ressalta-se que, além dos desafios supracitados, a descontinuidade do duto, e.g., como um trecho do duto encoberto, também é um desafio a ser superado. Sonaglio (2017, p. 163) cita que esse desafio é enfrentado por AUVs que utilizam os sistemas SAS (synthetic aperture sonar - sonares de abertura sintética) e SVL (sonar de varredura lateral – side scan sonar). O sistema do AUV deve ser capaz de verificar a descontinuidade e decidir se continuará a inspeção ou procurará um referencial, como o sinal de GPS para geolocalização, de modo que seja possível prosseguir com a inspeção pelo percurso programado (SONAGLIO, 2017, p. 164). Sonaglio (2017, p. 165) propõe a utilização de percurso com curvas trocoides. Desse modo, realiza-se a inspeção de toda a faixa do duto mesmo com a limitação do raio de curvatura mínimo do AUV. Figura 45. Exemplo de inspeção de dutos com sobreposição de sinais. Fonte: Sonaglio, 2017, p. 165. 64 UNIDADE II | TÉCNICAS DE AVALIAÇÃO-INSPEÇÃO Inspeção e manutenção com mergulhadores A NORMAN 15 aborda diversos aspectos relacionados ao mergulho utilizado para prestação de serviços profissionais. Os assuntos abordados vão desde o credenciamento de escolas de mergulho profissional até os procedimentos utilizados em caso de emergência. A NORMAN 15 é utilizada como uma forma de fiscalizar e garantir que os profissionais prestadores de serviços de mergulho profissional atendam a requisitos básicos de segurança e qualificação. Nessa norma, não são abordados aspectos técnicos ou os tipos de inspeção e manutenção realizados por mergulhadores (NORMAM 15, 2016, p. VIII). O mergulho pode possuir diversos objetivos, e, por esse motivo, a NORMAN 15 (2016, pp. 1-5) classifica o mergulho em profissional (objeto de estudo desta unidade), amador, autônomo e científico. Essas classificações são referentes ao objetivo do mergulho, e há também outras categorias que serão discutidas a seguir. O mergulho profissional, conforme supracitado, é aquele realizado por empresas prestadoras de serviço de mergulho. Além de ser utilizado em diversos tipos de inspeção e manutenção, podeser classificado em raso e profundo (NORMAM 15, 2016, pp. 1-5). » Mergulho raso: é realizado em profundidade de até 50 metros. O mergulhador utiliza ar comprimido como mistura respiratória. » Mergulho profundo: é realizado a partir de 50 até 350 metros de profundidade. É dividido em saturação padrão, até 180 metros; saturação profunda, entre 180 e 300 metros; e saturação excepcional, entre 300 e 350 metros. Nesse tipo de mergulho, é utilizada mistura respiratória artificial constituída de gases hélio e oxigênio (HeO2). A Petrobras (2016, p. 5) estabelece, mediante especificação técnica ET-3000.00- 1500-91C-PLL-004, diversos serviços realizados por mergulhadores. Podem ser divididos entre inspeções, manutenção, monitoramento e limpezas. Ao todo, são listados 34 serviços diferentes, entre eles o Plano de Inspeção de Dutos Flexíveis (PIDF) e o Plano de Inspeção de Dutos Rígidos (PIDR). A seguir, conforme quadro 6, seguem os principais serviços descritos nessa especificação técnica e suas breves descrições (PETROBRAS, 2016, pp. 5-8). 65 TÉCNICAS DE AVALIAÇÃO-INSPEÇÃO | UNIDADE II Quadro 6. Tipos de inspeção subaquática com mergulhadores. Tipo de inspeção Descrição Programada PIDF-3 Inspeção de dutos flexíveis, umbilicais e cabos elétricos no trecho dinâmico (riser) entre a LDA e a profundidade de até 50 metros. Envolve dragagem, inspeção visual, inspeção por ACFM, inspeção por partícula magnética, medição de potencial eletroquímico e medição de espessura. Programada PIDR-3 Inspeção de dutos rígidos no trecho dinâmico (riser) entre a LDA e a profundidade de até 50 metros. Envolve dragagem, inspeção visual, inspeção por ACFM, inspeção por partícula magnética, medição de potencial eletroquímico e medição de espessura. Inspeção diferenciada PIDF-8 Inspeção detalhada em ponto ou trecho de duto flexível, umbilical ou cabo elétrico. Envolve dragagem, inspeção visual, inspeção por ACFM, inspeção por partícula magnética, medição de potencial eletroquímico e medição de espessura. Inspeção diferenciada PIDR-8 Inspeção detalhada em ponto ou trecho de duto rígido. Envolve dragagem, inspeção visual, inspeção por ACFM, inspeção por partícula magnética, medição de potencial eletroquímico e medição de espessura. Inspeção diferenciada anual Inspeção visual em dutos com foco na detecção de anormalidades críticas ainda não reportadas e/ou na evolução de anormalidades críticas já reportadas, com ou sem a ocorrência de vazamentos para o meio externo. Inspeção em busca de danos ou vazamentos em dutos Inspeção extemporânea, realizada fora da periodicidade de inspeção do duto, com o objetivo de investigar possível existência de dano com ou sem vazamento. Envolve inspeção visual, dragagem, limpeza, medição de potencial eletroquímico, medição de espessura e inspeção para detecção de alagamento no espaço anular de dutos flexíveis. Monitoramento de dutos Monitoramento de vazamento ou outra condição crítica em dutos. Envolve inspeção visual e coleta de fluidos. Inspeção de jaquetas Inspeção visual e medição do potencial eletroquímico em jaquetas de plataformas fixas. Envolve limpeza, inspeção visual, inspeção por ACFM, inspeção por partícula magnética, medição de potencial eletroquímico e medição de espessura. Inspeção de classe Inspeção de classe das UEPs. Envolve limpeza, inspeção visual, inspeção por ACFM, inspeção por partícula magnética, medição de potencial eletroquímico e medição de espessura. Inspeção de fundo para identificação de anomalias Inspeção para identificação de anomalias de fundo em UEPs. Envolve apenas inspeção visual. Intervenção em estojos Intervenção em estojos de conexões flangeadas ou grayloc para fins de manutenção do duto. Envolve inspeção visual, dragagem, limpeza, medição de potencial eletroquímico, destorqueamento, corte e retirada de estojo, instalação e torqueamento de novo estojo. Localização e saneamento de vazamento em dutos Operação para localizar e tentar sanar origem de vazamento em dutos. Envolve inspeção visual, limpeza, aperto de flanges e conexões, e teste de estanqueidade. Realização de reparo em duto flexível Reparo em duto flexível com materiais fornecidos e/ou especificados pela Petrobras. Envolve corte da capa externa, recomposição da capa, instalação de luva ou outro dispositivo de reparo, e teste de estanqueidade. Realização de reparo em duto rígido Reparo em dutos rígidos com materiais fornecidos pela Petrobras. Envolve corte do duto, instalação de luva ou outro dispositivo de reparo, e teste de estanqueidade. 66 UNIDADE II | TÉCNICAS DE AVALIAÇÃO-INSPEÇÃO Tipo de inspeção Descrição Remoção de sucata Remoção de sucatas que estejam próximas ou em contato com dutos e equipamentos. Envolve inspeção visual, dragagem, corte, instalação de cintas para laçada e recolhimento. Remoção de cabo fusível Remoção de cabos fusíveis no interior do Tubo-I sem a remoção do enrijecedor de curvatura. Envolve corte e retirada dos cabos em local de difícil acesso. Limpeza para PIDF-3 Limpeza de dutos flexíveis com ferramentas manuais ou semiautomatizadas por cavitação, para permitir inspeção PIDF-3. Limpeza para PIDR-3 Limpeza de dutos rígidos com ferramentas manuais ou semiautomatizadas por cavitação, para permitir inspeção PIDR-3. Calçamento de dutos rígidos Calçamento de dutos rígidos com groutbag, poita com apoio antiatrito, suporte mecânico ou calço cunha, para quitação de RTI. Envolve inspeção visual, dimensionamento do vão, demarcação dos pontos de calçamento, dragagem, lançamento e instalação do calço. Instalação/desinstalação de abraçadeira Instalação ou desinstalação de abraçadeira em dutos para quitação de RTI. Envolve inspeção visual, dragagem, limpeza, preparação da superfície, instalação da abraçadeira. Recomposição de proteção catódica Instalação de cordoalhas em bocas de sino para quitação de RTI. Envolve inspeção visual, limpeza, instalação de cordoalhas e medição de potencial eletroquímico. Medição de potencial eletroquímico Operação que consiste em medir o potencial eletroquímico em dutos e acessórios. Dragagem Corte no corpo tubular de dutos para permitir descruzamento e/ou recolhimento. Corte de linha Abertura de conexão flangeada por meio de destorqueamento ou corte dos estojos. Instalação/desinstalação de acessórios Operação de instalação ou desinstalação de acessórios submarinos. Investigação de anomalias em equipamentos Inspeção visual para investigação de anomalias em equipamentos. Inspeção diferenciada de monitoramento visual Inspeção realizada para verificar se houve evolução no estado de degradação do equipamento como, por exemplo, aumento de região corroída, surgimento de pontos de escape, destravamento de conectores etc. Inspeção diferenciada de escape de gás Inspeção visual realizada para acompanhar a possível evolução de escapes de gás já conhecidos e surgimento de novos escapes. Instalação de outros equipamentos submarinos Preparação, testes, lançamento e instalação de equipamentos submarinos considerados leves. Apoio na instalação/desinstalação de equipamento submarino Apoio nas operações de instalação/desinstalação de equipamento submarino. Corte de equipamento Realização de corte/perfuração na estrutura do equipamento para permitir sua desmobilização, devido a interferência mecânica, vácuo, calço hidráulico, purga ou preenchimento/equalização e/ou alívio de pressão. Soldagem submarina Realização de soldagem submarina de equipamentos ou estruturas. Reparo de terminais de mangueiras Realização de reparo de terminais de mangueiras de alta pressão. Fonte: Petrobras, 2016. Dentre as atividades de inspeção subaquática, destacam-se aquelas consideradas como ensaios não destrutíveis. São realizadas atividades de inspeção visual externa, inspeção de juntas soldadas com partícula magnética, inspeção 67 TÉCNICAS DE AVALIAÇÃO-INSPEÇÃO | UNIDADE II por ACFM (alternating current field measurement), medição do potencial eletroquímico,medição de espessura, medição de inclinação e medição de torção (PETROBRAS, 2016, pp. 8-9). A inspeção visual de dutos rígidos e flexíveis busca avaliar aspectos relacionados à integridade dos equipamentos, como trincas, oxidação e amassamentos, bem como também aspectos geológicos e geotécnicos. Esse tipo de inspeção deve ser realizado conforme a norma ABNT NBR16244 e seu objetivo é avaliar os seguintes quesitos (PETROBRAS, 2017, p. 14; PETROBRAS, 2019): » Aspectos do solo marinho: deve ser verificado, classificado e registrado o tipo de solo e as formações de interesse, em especial a presença de corais na região junto ao traçado do duto. » Condições de enterramento: o nível de enterramento do duto no solo deve ser estimado conforme o quadro a seguir: Quadro 7. Classificação do nível de enterramento de dutos. Classiifcação do nível de enterramento Descrição I geratriz inferior enterrada até 25% do diâmetro externo do duto. II geratriz inferior enterrada entre 25% e 50% do diâmetro externo do duto. III geratriz inferior enterrada entre 50% e 100% do diâmetro externo do duto. IV Duto totalmente enterrado. Fonte: Petrobras, 2017, p. 15. » Estado do revestimento: deve-se avaliar a integridade geral dos revestimentos térmicos e anticorrosivos e a presença de trincas e quebras no revestimento de lastro do duto. » Presença de incrustações e sucata: essa inspeção busca avaliar e classificar a presença de incrustações conforme NBR 16244, além de verificar a existência de sucatas como âncoras, seções de tudo, ou qualquer outro material que possa comprometer a integridade do duto. Deve-se, quando possível, estimar as dimensões e o peso da sucata observada. » Amassamentos: são avaliados aspectos como a profundidade do amassamento, a alteração da curvatura da parede do tubo, a perda de espessura por corrosão ou esmerilhamento, entre outros. 68 UNIDADE II | TÉCNICAS DE AVALIAÇÃO-INSPEÇÃO » Corrosão externa: devem ser inspecionados e classificados todos os pontos de corrosão, bem como a condição da proteção catódica no trecho corroído. » Estados dos anodos: “deve ser verificada e registrada a existência de anodos conforme projeto e seu estado quanto à passivação e desgaste” (PETROBRAS, 2017, p. 16). » Existência de vazamentos: “todos os vazamentos encontrados devem ser registrados e informados imediatamente ao responsável técnico pelo gerenciamento da integridade do duto” (PETROBRAS, 2017, p. 16). » Cruzamentos: deve-se avaliar os tipos de dutos (rígidos ou flexíveis) que se cruzam, a posição relativa entre eles, se há ponte, sistema de proteção ou capa de proteção para o duto flexível no ponto onde existe o cruzamento. » Vãos livres e calçamento: os vãos livres são analisados conforme determinado pela PETROBRAS N-2786 (2019, p. 31), “quanto ao estado limite de carregamento estático, térmico e de fadiga”. Nesse tipo de inspeção, são necessárias as informações de início, fim e altura máxima de todos os vãos livres. » Estado da região TDZ (touch-down zone): “deve ser verificado e registrado o estado da região TDZ quanto à profundidade da trincheira, desalinhamento do duto na TDZ em relação à trincheira, danos ao revestimento externo” (PETROBRAS, 2017, p. 16). » Movimentação e posicionamento do duto em relação aos sleepers (calçamento): deve-se verificar a integridade geral dos calçamentos, bem como “a posição do calço no vão livre e a existência de efetivo contato entre o duto e os apoios e entre os apoios e o leito marinho” (PETROBRAS, 2017, p. 14). » Movimentação de duto não aquecido: deve-se verificar marcas no solo ou entrincheiramento que caracterizem a movimentação do duto no solo. » Dutos que operam com produtos aquecidos: uma inspeção mais detalhada deve ser realizada em dutos que operam com produtos 69 TÉCNICAS DE AVALIAÇÃO-INSPEÇÃO | UNIDADE II aquecidos. Devem ser avaliados, conforme explicitado na PETROBRAS N-1487 (2014), os seguintes aspectos: › flambagem local ou localizada; › deslocamento axial global do duto (pipeline walking); › deslocamento de válvulas, tees, calçamentos etc.; › interferência com outros dutos; › interferência com outras estruturas; › qualquer ponto de deslocamento localizado que possa dar origem à fadiga de baixo ciclo (deformação plástica cíclica); e › deslocamentos maiores do que os estabelecidos no projeto (quando disponível). Deve-se verificar também a movimentação dos dutos sobre os calçamentos e avaliar se seus deslocamentos estão dentro dos limites de passeio. Caso haja algum deslocamento fora do limite de passeio, deve-se registrar e informar o responsável pelo gerenciamento de integridade do duto (PETROBRAS, 2017, p. 16). Uma das técnicas de inspeção subaquática é o ensaio não destrutivo por partículas magnéticas. Essa técnica, quando utilizada em inspeções subaquáticas, é normalizada pelas normas ABNT NBR 15632:2008 – “Ensaios não destrutivos – Partículas magnéticas – Avaliação da aparelhagem para inspeção subaquática, norma publicada”; e PN 58:000.01-007 – “Ensaios não destrutivos – Partícula Magnética – Inspeção subaquática, projeto de norma” (ABENDI, 2020). A Norma Técnica Petrobras (NTP) N-1598 descreve as condições para realização de ensaio não destrutivo por meio de partículas magnéticas (PETROBRAS, 2013, p. 2). O ensaio por partículas magnéticas é capaz de localizar “descontinuidades superficiais e subsuperficiais em materiais ferromagnéticos” (SAMPAIO, 2009, p. 23). Seu princípio é definido por Sampaio (2009, p, 23) da seguinte forma: O material ferromagnético sob teste é magnetizado, o que gera um campo magnético homogêneo. Este campo magnético cria linhas de fluxos magnéticos, que, ao encontrarem uma descontinuidade, são distorcidas, conforme figura a seguir. 70 UNIDADE II | TÉCNICAS DE AVALIAÇÃO-INSPEÇÃO Figura 46. Exemplo de campo de fuga gerado durante ensaio não destrutível por partículas magnéticas. Fonte: Sampaio, 2009, p. 23. A distorção exemplificada acima é chamada de campo de fuga, local em que as partículas ferromagnéticas serão aglomeradas e mantidas pelo próprio campo de fuga. Esse processo indicará as características da descontinuidade, a saber: o contorno do campo de fuga (localização), o tamanho, a forma e a medida (SAMPAIO, 2009, p. 24). A seguir, são relacionados os aspectos positivos e negativos do ensaio por partícula magnética (SAMPAIO, 2009, p. 24). » Vantagens: › Capacidade de detectar descontinuidades superficiais e subsuperficiais. › Realização relativamente simples e rápida. › É simples a preparação das peças para o ensaio. › Tamanho e forma da peça têm pouca ou nenhuma interferência no teste. » Desvantagens: › É aplicável somente aos materiais ferromagnéticos, como aço estrutural ao carbono, de baixa e média liga, ferros fundidos e ligas à base de cobalto. › A forma e orientação das descontinuidades em relação ao campo magnético interferem no resultado do ensaio, o que gera a necessidade de realização de mais de um mesmo ensaio na mesma peça. › Muitas vezes, é necessária a desmagnetização da peça após inspeção. A inspeção por ACFM (alternating current field measurement) é uma técnica que possui como objetivo a localização e o dimensionamento de trincas. O princípio dessa técnica é a indução de uma corrente de entrada próxima à 71 TÉCNICAS DE AVALIAÇÃO-INSPEÇÃO | UNIDADE II superfície da peça a ser inspecionada. A possibilidade de realizar o ensaio sem o contato com a superfície e sem a necessidade de limpeza na região da solda são duas das vantagens da ACFM (MARTINS et al., 2002, p. 3). A corrente é induzida de forma uniforme e, por essa característica, caso haja alguma trinca no objeto analisado, será criado um distúrbio nessa corrente. Caso não haja qualquer trinca, tal distúrbio não será observado (AL-DALABEEH; ROBERTS; PAPELIAS, 2012, p. 1). Para realização da ACFM, é necessária uma sonda, responsável por enviar dois sinais ao software de detecção e dimensionamentode trincas. Esses dados são “a intensidade do campo magnético, medida na direção paralela à borda da trinca (Bx) e a intensidade do campo magnético medida num plano perpendicular à superfície do metal (Bz)” (MARTINS et al., 2002, p. 4). Esses dados são exibidos no software conforme abaixo: Figura 47. Exemplo de software para intepretação de dados obetidos por ACFM. Fonte: Martins et al., 2002, p. 4. Figura 48. Exemplo de software para intepretação de dados obetidos por ACFM. Fonte: Martins et al., 2002, p. 4. 72 UNIDADE II | TÉCNICAS DE AVALIAÇÃO-INSPEÇÃO Com base nessas imagens, observam-se (MARTINS et al., 2002, p. 4): » Os gráficos de Bx e Bz em relação ao tempo, separadamente (0 lado esquerdo). » Plotagem polar na qual Bx é traçada contra Bz (0 lado direito). Essa plotagem é conhecida como plotagem em borboleta, pois é o gráfico característico produzido por um defeito. » Display de medidor dual digital (0). Dentre as vantagens da utilização do método ACFM, destacam-se a velocidade de execução, possibilidade de determinação do comprimento e profundidade da trinca, e possibilidade de ser realizada em superfícies pintadas ou com revestimentos não metálicos, com espessura de até 5mm. Dentre as desvantagens, destacam-se o custo inicial elevado do equipamento, a necessidade de qualificação e treinamento específicos para o inspetor, e a menor sensibilidade para trincas rasas em algumas situações, quando comparada ao método de inspeção por partículas magnéticas (MARTINS et al., 2002, pp. 7-8). A medição de espessura em estruturas submarinas é realizada pelo método de ultrassom (PETROBRAS, 2018, p. 18). Esse tipo de ensaio utiliza som de alta frequência para detecção de descontinuidades e dimensionamentos. O aparelho de ultrassom é composto por (SOARES, 2013, p. 42): » Cabeçote: é estimulado por dispositivo que produz pulsos de alta tensão (o pulsador). » Pulsador: gera energia de alta frequência ultrassônica. A onda gerada pelo pulsador se propaga pelo material e retorna ao cabeçote, quando encontra descontinuidade ou fim do material. Esses ecos ou sinais são transformados em sinal elétrico pelo cabeçote. O sinal é exibido em uma tela e, com base na interpretação do gráfico gerado, é possível determinar a presença de descontinuidades e o fim do material (espessura) (SOARES, 2013, p. 42). Há duas técnicas para realização da medição de espessura por ultrassom, a pulso-eco e a técnica de transparência. A técnica pulso-eco utiliza somente um transdutor, e, portanto, o cabeçote é posicionado em uma das superfícies do material a ser submetido ao ensaio. A técnica da transparência utiliza dois 73 TÉCNICAS DE AVALIAÇÃO-INSPEÇÃO | UNIDADE II transdutores, separados, de modo que um o é transmissor, e outro é receptor. Os transdutores precisam estar alinhados e não são capazes de identificar descontinuidades (SOARES, 2013, pp. 47-49; ANDREUCCI, 2014, pp. 31-32). Figura 49. Sistema de ultrassom: pulso-eco. Fonte: Martin, 2012, p. 154 apud Soares, 2013, p. 48. Figura 50. Sistema de ultrassom: técnica de transparência. Fonte: Martin, 2012, p. 160 apud Soares, 2013, p. 49. Além de atividades de inspeção, mergulhadores são capazes de realizar pequenas tarefas de reparo e manutenção, conforme o quadro 6 deste documento. Uma das atividades da manutenção submarina é a limpeza de equipamentos. Mergulhadores devem ser capazes de realizar a limpeza de incrustações presentes nas estruturas submarinas por meio de ferramentas específicas ou ferramentas manuais (PETROBRAS, 2016, p. 10). Outras atividades de manutenção são mais específicas, como reparo em dutos flexíveis ou rígidos, remoção de sucata 74 UNIDADE II | TÉCNICAS DE AVALIAÇÃO-INSPEÇÃO e cabo fusível, atividades de solda e corte submarinos, manuseio de estojos, porcas e flanges e prensagem de terminais. Ademais, montagens de estruturas submarinas também são realizadas por mergulhadores (PETROBRAS, 2016, pp. 10-12). A soldagem subaquática é uma das técnicas utilizadas para manutenção e reparo de estruturas submarinas utilizadas em operações offshore. Nesse ambiente, é utilizada a técnica de soldagem subaquática molhada com eletrodos revestidos (LIBERATO et al., 2018, p. 2). Liberato et al. (2018) destacam que essa técnica possui desafios específicos, como a “pouca visibilidade do arco, maior instabilidade do processo, maior tendência à formação de inclusões de escória, trincas, porosidade e as piores propriedades mecânicas obtidas quando comparadas à soldagem atmosférica”. Entre suas vantagens está a versatilidade e baixo custo, o que faz dessa técnica uma alternativa para reparo de estruturas submarinas em até 60 metros de profundidade (LIBERATO et al., 2018, p. 2). O reparo de dutos submarinos flexíveis ou rígidos pode ser realizado por mergulhadores ou ROVs. Quando realizado por mergulhadores, o reparo deve atender a normas específicas, que podem ser definidas pelo contratante do serviço (PETROBRAS, 2016, p. 11). As normas referentes aos serviços de manutenção realizados por mergulhadores serão abordadas no Capítulo 2 da Unidade IV. 75 UNIDADE IIISENSORIAMENTO E SIMULADORES CAPÍTULO 1 Técnicas e tipos de sensoriamentos/sensores Técnicas e tipos de sensoriamento Em aplicações subaquáticas, são utilizados diferentes tipos de sensores. Esses sensores são classificados em dois grupos principais, os de navegação e os de trabalho (payload). A seguir, segue descrição de cada um desses grupos (SØRENSEN; LUDVIGSEN, 2015, p. 109): » Trabalho: são sensores utilizados para coletar dados por medições remotas ou diretas. Esses sensores são instalados em locais específicos com o objetivo de monitorar determinada parte do processo. » Navegação: são sensores utilizados para definir parâmetros relacionados à navegação e ao controle do trajeto de um veículo subaquático, como posicionamento, velocidade em diferentes eixos, pressão e direção ou heading. Os sensores subaquáticos, tanto de navegação quanto de trabalho, possuem objetivos específicos e são definidos como (CHRIST; WERNLI, 2014, pp. 326- 453; SONAGLIO, 2017, p. 33; SØRENSEN; LUDVIGSEN, 2015, p. 109-110): » Trabalho: câmeras, CTD, magnetômetros, acústicos, sonares, para medição de proteção catódica, interferometria. » Navegação: acústicos, direcionais , de pressão, a lt ímetros, acelerômetros, direcionais, inerciais. A utilização de câmeras para avaliação do leito marinho é importante para obtenção de informações como formato, cor e textura do leito marinho. Esse método é confiável para identificação de objetos no leito marinho, entretanto 76 UNIDADE III | SENSORIAMENTO E SIMULADORES as condições ambientais, como visibilidade da água, podem influenciar a qualidade das imagens obtidas (SØRENSEN; LUDVIGSEN, 2015, p. 109). Os sensores CTD, acrônimo para Conductivity, Temperature and Depth, são responsáveis por medir a condutividade, temperatura e pressão, que são variáveis utilizadas para cálculos de salinidade, velocidade do som e densidade da água do mar. A salinidade e a densidade são informações importantes para oceanografia, e a velocidade do som é importante para sonares, utilizados para, entre outras aplicações, mapeamento do leito marinho (SØRENSEN; LUDVIGSEN, 2015, p. 109). Os magnetômetros são utilizados para tarefas de localização de objetos construídos pelo homem, como navio naufragados e para medição das características magnéticas de rochas localizadas no leito marinho (SØRENSEN; LUDVIGSEN, 2015, p. 109). Um dos sensores acústicos utilizados em ambientes subaquáticos é o ADCP, acrônimo para Acoustic Doppler Current Profilers. Esse sensor fornece perfil de vetores de corrente em três dimensões, baseado na dispersão de intensidade e distorção efeito doppler da reflexão de sinal acústico. Esse perfil de vetores identifica a velocidade da corrente em três dimensões (SONAGLIO, 2017, p. 53; SØRENSEN; LUDVIGSEN, 2015, p. 109). Os sonares foram abordados anteriormente noitem “Inspeção por sonar” e podem possuir diferentes objetivos. Sonares podem ser utilizados para estudos geológicos, arqueológicos ou até mesmo para estudo de objetos criados pelo homem, os quais se encontram no leito marinho. Podem ser utilizadas diferentes técnicas, como MBE (multibeam echosounders), SSS (side scan sonars), SBP (sub bottom profilers) e SAS (synthetic aperture sonars) (SØRENSEN; LUDVIGSEN, 2015, p. 109). Equipamentos e dutos submarinos possuem sistema de proteção catódica, conforme abordado no item “Identificação de detritos”, e esse sistema deve ser avaliado para verificar sua efetividade de acordo com normas da indústria de óleo e gás, como as inspeções níveis II e III das “Práticas Recomendadas da API 2ª” (CHRIST; WERNLI, 2014, p. 499). Existem três tipos de sondas utilizadas para medição de potencial catódico, quais sejam, drop cell, de proximidade e de contato (CHRIST; WERNLI, 2014, p. 498). 77 SENSORIAMENTO E SIMULADORES | UNIDADE III A interferometria é uma técnica utilizada para criar mosaicos detalhados com base na composição de duas imagens de um objeto. Essa composição permite que seja criado efeito 3D do objeto detalhado (SONAGLIO, 2017, p. 33). A tecnologia HiSAS, desenvolvida pela empresa Kongsberg Maritme, utiliza interferometria para criar imagens com efeito 3D a partir de dados obtidos com sonares do tipo SAS (SØRENSEN; LUDVIGSEN, 2015, p. 109). Figura 51. Exemplo de imagem gerada por SAS com processamento interferométrico. Fonte: Hagen et al., 2010, p. 10. Dentre os sensores de navegação, os acústicos são utilizados para posicionamento em ambientes subaquáticos há décadas. Diferentes tipos de sistemas acústicos são utilizados, como o Long Base Line (LBL), Ultra Short Base Line (USBL) (SØRENSEN; LUDVIGSEN, 2015, p. 109) e o Short Base Line (LBL) (BAI; BAI, 2018, p. 95). O sistema SBL não exige que seja instalado qualquer dispositivo ou equipamento no leito marinho (BAI; BAI, 2018, p. 95), já os sistemas LBL e USBL exigem que equipamentos sejam instalados no leito marinho e no navio, respectivamente (SØRENSEN; LUDVIGSEN, 2015, p. 110). Similar ao ADCP supracitado, o Doppler Velocity Log (DVL) é um sensor capaz de determinar a velocidade nos três eixos por meio de pulsos acústicos emitidos em direção ao solo. A frequência de retorno é medida por efeito doppler, o qual é proporcional à velocidade em relação ao solo (CHRIST; WERNLI, 2014, p. 471). Uma vez que a densidade do fluído é conhecida, é possível determinar a profundidade por meio da pressão, utilizando sensores de pressão (SØRENSEN; LUDVIGSEN, 2015, p. 110). A profundidade de veículo subaquático pode ser definida em relação à embarcação ou ao solo marinho. Os altímetros medem 78 UNIDADE III | SENSORIAMENTO E SIMULADORES a posição do ROV em relação ao solo marinho, e, com auxílio de sensor de profundidade baseado na pressão, é capaz de determinar perfis do leito marinho de forma precisa (CHRIST; WERNLI, 2014, p. 471). Os acelerômetros são instrumentos capazes de medir aceleração mediante o Princípio da Inércia (força = massa x aceleração). É medida a força contra uma massa conhecida para derivar a aceleração. O sensor emite sinal proporcional à aceleração aplicada em seu eixo sensitivo (CHRIST; WERNLI, 2014, p. 464). O sensor direcional, ou heading, é responsável por determinar a direção do veículo e utiliza a rotação da terra, o campo magnético da terra e o posicionamento relativo a dois ou mais pontos para determinar a direção do veículo (SØRENSEN; LUDVIGSEN, 2015, p. 110). Os sensores inerciais, conhecidos como Inertial Navigation System (INS), são capazes de determinar a posição de um veículo em relação a sistema de referência ou coordenadas absolutas. Um sistema INS possui 3 gyros e 3 acelerômetros, e é capaz de fornecer, pelo menos, o posicionamento do veículo (latitude e longitude). “A maioria dos sistemas INS é capaz de fornecer informações de direção (heading), pitch e roll. Em alguns casos pode fornecer informações de heave, sway e surge” (CHRIST; WERNLI, 2014, p. 466). Monitoramento de flambagem Dutos submarinos sofrem diversos esforços mecânicos, como os causados pelas condições ambientais, como correntes submarinas; condições de operação, como o fluxo de hidrocarbonetos; e mecânicas, como o próprio peso do duto e a existência de vãos livres. Dentre as falhas que um duto pode sofrer, empenamentos e fraturas são considerados falhas causadas por flambagem (BAI; BAI, 2018, p. 922; HO et al., 2019, p. 609). Por esse motivo, faz-se necessário o monitoramento de flambagem de dutos. O monitoramento e a previsão de flambagem de dutos pode ser realizada com o emprego de diversas técnicas, conforme explicitado por Neto (2009): » sistemas double-pipping ou pipe-in-pipe; » sistema de sensores de Brillouin; » elementos finitos; 79 SENSORIAMENTO E SIMULADORES | UNIDADE III » análise de casca 3D elasto-plástica; » simulação numérica; » estudo experimental; » modelagem computacional. Ravet et al. (2006) citam que, com o crescimento de exigências relacionadas à segurança operacional na engenharia civil e indústria de óleo e gás, o SHM (Structural Health Monitoring) passou a ser componente nesses setores produtivos. Uma das técnicas utilizadas para monitorar a temperatura e as medições de estresses em dutos com dezenas de quilômetros, e em tempo real, é o DBS (Distributed Brillouin Sensor) (RAVET et al., 2006, p. 305). O DBS é definido por BORTOLAN Neto (2009, p. 8) da seguinte forma: O sistema de sensores de Brillouin utiliza fachos de laser que são captados por sensores ao longo do duto. Estes sensores captam diferenças de freqüência (sic) nos fachos de laser, utilizando-as para medir as deformações ao longo do duto. Este sistema tem sido empregado tanto para monitoramento quando para previsão de flambagem em dutos e colunas. Monitoramento de corrosão O processo de corrosão de dutos submarinos pode ocorrer externamente e internamente. Quando ocorre externamente, é possível realizar seu monitoramento por meio de inspeção visual, com ROV ou mergulhador, conforme abordado nos itens “Inspeção visual” e “Avaliação de danos”. Os processos de corrosão interna de dutos podem ser identificados e avaliados por intermédio de métodos que utilizam sensores de corrosão, equipamentos ultrassônicos, acústicos ou eletromagnéticos (HO et al., 2019, pp. 611-620). Nesta seção, serão abordados os métodos que utilizam pigs, equipamentos que percorrem dutos em seu interior (MOREIRA, 2012, p. 29), e equipamentos de monitoramento que podem ser instalados e controlados por ROV. Outras técnicas que podem ser utilizadas para monitoramento de corrosão de dutos, como cupom de perda de massa e sondas corrosimétricas de resistência elétrica (aplicáveis a dutos terrestres), não serão abordadas nesta seção. 80 UNIDADE III | SENSORIAMENTO E SIMULADORES Pigs são equipamentos utilizados no interior de dutos e podem possuir diferentes funções. Existem diferente tipos de pigs, os quais são classificados em utility pigs, de inspeção interna e especiais. Possuem as seguintes funções (GUPTA; SIRCAR, 2016, p. 1): » Utility pigs: são utilizados para limpeza, separação de fluidos no duto ou retirada de água. Pode ser utilizado também para remoção de parafina (BAI; BAI, 2018, p. 348). » De inspeção interna: são capazes de fornecer informações sobre as condições gerais do duto ou possível degradação/falha, como detecção de corrosão. Moreira (2012, p. 29) cita também os smart pigs, ou pigs instrumentados, que são os pigs capazes de fornecer informações como localização de amassamentos e ovalização, detecção de vazamentos ou pontos em que há redução da parede do duto. » Especiais: podem ser utilizados como tampões para isolamento de dutos. Os pigs instrumentados, utilizados para avaliação da condição de dutos, possuem certas vantagens em relação à utilização de outros tipos de tecnologias. Por percorrer todo o trechodo duto, o pig é uma opção economicamente viável para verificação das condições de dutos com grande extensão (MOREIRA, 2012, p. 29). Entre as informações fornecidas por um pig instrumentado, destacam-se geometria, medindo ovalizações ou amassamentos; restrições ou válvulas parcialmente abertas; curvas e raio de curvatura; vazamentos; imagens do interior do duto; e trincas e perda de material (DA SILVA apud MOREIRA, 2012, p. 29). Ramachandran (2016, p. 40) cita também a utilização de pigs inteligentes ópticos, como forma de inspecionar visualmente, mediante a utilização de câmera e iluminação específicas, a parte interna de dutos. Dentre os pigs utilizados para inspeção, destacam-se os eletromagnéticos e ultrassônicos. Moreira (2012, p. 29) cita que as “técnicas eletromagnéticas incluem fuga de fluxo magnético (MFL), correntes parasitas, campo remoto. Técnicas de ultrassom incluem o uso de vários tipos e direções de ondas ultrassônicas para procurar defeitos específicos”. Os pigs MFL (magnetic flux leakage) começaram a ser utilizados em 1964, e, desde então, seu desenvolvimento 81 SENSORIAMENTO E SIMULADORES | UNIDADE III permitiu que se tornassem um dos métodos mais utilizados e mais antigos para inspeção interna de dutos (GUPTA; SIRCAR, 2016, p. 21; HO et al., 2019, p. 611; MAZZINI, 2009, p. 58). Por meio do vazamento de fluxo magnético, é possível identificar pontos em que há redução da parede do duto, perda de material por corrosão, com boa precisão e até mesmo falhas geométricas ou metalúrgicas (MAZZINI, 2009, p. 58). A detecção de perda de espessura se dá pelo vazamento do fluxo magnético na região em que há perda de material (MAZZINI, 2009, p. 63; MOREIRA, 2012, p. 30), conforme figuras a seguir: Figura 52. Princípio de medição MFL; sensor de detecção de perda de material. Fonte: Markham apud Moreira, 2012. Figura 53. Princípio de medição MFL; sensor de discriminação apenas detecta defeitos internos. Fonte: Markham apud Moreira, 2012. Outro tipo de pig utilizado para inspeção de dutos é o pig instrumentado com a técnica de ultrassom. Essa técnica é capaz de detectar, com alto nível de detalhes, pontos de corrosão externa a interna. Moreira (2012, p. 33) define o funcionamento do pig de ultrassom da seguinte forma: Os pigs de ultrasson são construídos com diferentes arranjos de sensores capazes de emitir e receber feixes de ondas ultrassônicas. Estes sensores são dispositivos contendo elementos capazes de gerar a onda ultrassônica a partir de uma excitação elétrica e são conhecidos como transdutores. A utilização do ultrassom para detecção de perda 82 UNIDADE III | SENSORIAMENTO E SIMULADORES de metal está baseada na tecnologia pulso-eco. Os transdutores emitem a onda ultrassônica e medem o tempo de trânsito necessário à mesma para sofrer o efeito de reflexão na parede interna do duto e retornar ao transdutor. Para utilização desse tipo de pig, há requisitos como boa limpeza do duto e necessidade de preparação do duto com fluido líquido, o que pode ser difícil de realizar em dutos de gás (GUPTA; SIRCAR, 2016, p. 21; MOREIRA, 2012, p. 33). Figura 54. Pig instrumentado com sensores ultrassônicos. Fonte: Rodríguez et al., 2018. A análise da proteção catódica é uma das formas de monitorar a corrosão de determinado equipamento ou duto. Essa técnica foi abordada nos capítulos anteriores, “Inspeção visual”, “Avaliação de danos”, “Identificação de detritos”, “Inspeção e manutenção com mergulhadores” e “Técnicas e tipos de sensoriamento”. 83 CAPÍTULO 2 Simuladores Simuladores A utilização de simuladores teve início na Segunda Guerra Mundial, quando computadores da marinha e do exército norte-americano foram utilizados para simular o lançamento de mísseis e fazer cálculos de balística. Ressalta-se que, devido aos custos para desenvolvimento, os simuladores foram utilizados inicialmente por instituições militares, e, somente nos anos 1970, empresas do setor automobilístico passaram a utilizar simulação para aprimoramento da produção e solução de problemas de segurança. A partir da década de 1990, devido ao aumento de acessibilidade a equipamentos e aumento da capacidade de processamento, os simuladores passaram a ser mais utilizados. Um simulador pode ser utilizado para desenvolver algoritmo, projetar robôs, realizar testes de regressão e treinar o sistema AI usando cenários realistas (ANDRADE, 2017, p. 10). Além de objetivos específicos, como os descritos acima, simuladores podem ser utilizados para treinamento, capacitação e desenvolvimento de pilotos. Com esse objetivo, os simuladores de ROV são utilizados para aprimorar o treinamento de pilotos, por meio de familiarização com os procedimentos, sistemas, controles do console e localização das interfaces, bem como desenvolvimento de consciência do espaço 3D. Ressalta-se que, devido ao desenvolvimento dos simuladores de ROV, a aplicação desses simuladores deixou de ser puramente para treinamento e desenvolvimento de pilotos e passou a ser utilizado para visualização de as-built, planejamento de missão, desenvolvimento do plano de mergulho e desenvolvimento de equipamentos submarinos em relação às interfaces com ROV (CHRITS; WERNLI, 2014, p. 100). Um simulador de ROV utiliza tecnologias de realidade virtual e modelagem computacional para simular tanto as condições ambientais, como correntes submarinas e turbidez variável, quanto componentes de um ROV, como manipuladores, câmeras, luzes e sistema de desvio de obstáculos. A complexidade do simulador, em relação ao hardware e subsistemas, varia de acordo com o tipo de ROV a ser simulado. A simulação de um ROV de observação, ou OCRV, pode ser mais simples do que a simulação de uma WCROV, que pode possuir maior número de subsistemas e interfaces (CHRITS; WERNLI, 2014, p. 101). 84 UNIDADE III | SENSORIAMENTO E SIMULADORES Um simulador de ROV pode possuir os seguintes componentes (CHRITS; WERNLI, 2014, pp. 101-103): » Módulo de controle do instrutor (instructor control module – ICM): funciona como computador “árbitro” e como centro de controle do simulador. Por meio desse módulo, o instrutor possui total controle sobre as variáveis do simulador e pode realizar comando para alterar parâmetros ambientais e de funcionamento do ROV simulado. Os ICMs possuem capacidades básicas, não limitadas a estas, como: › Simulação de falhas dos subsistemas ou degradação de componentes do ROV. › Controle sobre variáveis ambientais, como iluminação, velocidade e direção de corrente e turbidez da água. › Gravação e playback das sessões de treinamento. » Módulo de interface com console (console interface module – CIM): esse módulo é responsável por permitir a conexão entre o simulador e o console de fabricantes de ROV por meio de comunicação serial. Os dados enviados pelo CIM podem simular os dados do ROV e o CIM passa a se comportar como um ROV durante as simulações. Esse módulo também pode ser utilizado para desenvolvimento de novos ROVs, sem a necessidade de testes em campo. » Módulos de posicionamento acústico e sonares: utilizados para simular imagens de sonares típicos de ROV. » Módulos de câmeras: são responsáveis por simular as imagens das câmeras de um ROV, com base em informações de posicionamento e orientação do DM (explicado a seguir) e dos inputs do console, como pan/tilt, zoom e foco. » Módulo de elementos dinâmicos (dynamics module – DM): é responsável por processar as informações de movimentação do ROV e outros objetos do cenário. Esse módulo traduz os comandos do piloto em forças e a simulação de vários parâmetros configurados no simulador, como manipuladores e umbilicais. O nível de realismo da simulação depende da capacidade de processamento do módulo DM. 85 SENSORIAMENTO E SIMULADORES | UNIDADE III Figura 55. Exemplo de simulador VROV. Fonte: Christ e Wernli, 2014, p. 102. 86 UNIDADE IV RELATÓRIOS TÉCNICOS E NORMAS DE INSPEÇÃO SUBMARINA CAPÍTULO 1 Relatóriostécnicos Relatório técnicos A elaboração de relatórios de inspeção é uma exigência definida pela ANP no SGSS, em que são definidas as informações necessárias para realizar a análise dos resultados das inspeções e elaborar as conclusões quanto à integridade estrutural do sistema de submarino (ANP, 2015, p. 62). O SGSS exige que o relatório de inspeção possua, no mínimo: » Dados do sistema submarino e fluido de trabalho. » Descrição dos resultados mais relevantes de inspeções anteriores. » Tipo de inspeção executada. » Data de início e término da inspeção. » Data limite para a próxima inspeção. » Descrição das inspeções e dos ensaios executados, incluindo o local de execução. » Resultado de inspeções, ensaios e intervenções executadas, com mapeamento de pontos da inspeção, tabelas, esquemas e registros fotográficos, conforme aplicável. » As descontinuidades (tipo, dimensão, localização e profundidade) observadas. » Estimativa da taxa de corrosão, quando aplicável. 87 RELATÓRIOS TÉCNICOS E NORMAS DE INSPEÇÃO SUBMARINA | UNIDADE IV » Os valores e gráficos dos potenciais, quando aplicável. » Os gradientes de campo e valores de resistividade medidos, quando aplicável. » Cálculos da pressão máxima operacional admissível (PMOA), quando aplicável. » Recomendações de inspeção. » Conclusões do responsável técnico. » Documentos complementares necessários. » Dados do responsável pela inspeção e sua qualificação técnica. Ressalta-se que a elaboração de relatórios técnicos é fundamental para segurança e manutenção da integridade de sistemas submarinos. As informações geradas pelos relatórios técnicos devem ser utilizadas para análise e tomada de ações relacionadas ao gerenciamento das instalações submarinas (ANP, 2020, p. 24). Relatório técnicos podem ser usados também como fonte de dados para realização de atividades relacionadas ao projeto de instalação de sistemas de produção submarina. Segundo a ANP (2015, p. 44), conforme o Regulamento Técnico do Sistema de Gerenciamento da Segurança Operacional de Sistemas Submarinos (SGSS), antes da definição da rota de dutos, deve-se realizar inspeção prévias, considerando os seguintes aspectos: » Qualquer obstrução que possa interferir na diretriz do projeto e causar dano ao sistema submarino. » Áreas de cruzamentos entre o duto a ser lançado e os dutos rígidos, flexíveis, umbilicais, cabos elétricos e óticos existentes e interferências com outros equipamentos, instalações submarinas e sucata. » A área de aproximação da costa. » Corais e rodolitos. Após essa inspeção, ainda de acordo com o estabelecido pela ANP (2015, p. 44), no SGSS, deve-se elaborar relatório técnico com, no mínimo: 88 UNIDADE IV | RELATÓRIOS TÉCNICOS E NORMAS DE INSPEÇÃO SUBMARINA » Coordenadas geográficas de obstruções, cruzamentos e instalações detectadas. » Coordenadas geográficas de qualquer área com presença de banco de areia, deslizamento ou erosão ao longo do duto. » Imagens do levantamento e descrição dos objetos encontrados. » Desenhos consolidando as informações contidas no relatório. Dentre os desvios identificados no sistema de gerenciamento dos sistemas submarinos, observa-se pelo menos dois desvios relacionados diretamente a relatórios técnicos, pareceres técnicos incompletos e falta de qualidade nas inspeções; e um relacionado indiretamente à ausência de inspeções estabelecidas em procedimentos (ANP, 2020, p. 24). NASR et al. (2013, p. 6) afirmam que um ponto a ser considerado para utilização de AUVs, para substituição de ROVs e mergulhadores, é a elaboração de relatórios. Diversas informações deverão constar nesses relatórios, como identificação de anomalias, detritos e lista de vãos livres. A vantagem dos relatórios produzidos por AUVs é a possibilidade de serem disponibilizados mosaicos de imagens fotográficas e imagens de sonares. Além de serem utilizados para análise de aspectos técnicos dos equipamentos submarinos, relatórios são itens contratuais e solicitados por especificações técnicas. A Petrobras (2016, p. 22), em sua especificação técnica ET-3000.00- 1500-91C-PLL-004, determina como os relatórios técnicos de serviço submarino e de campanha de serviço submarino devem ser elaborados: » Relatório técnico de serviço submarino: › Para cada serviço submarino realizado, a CONTRATADA deverá elaborar relatório técnico e apresentar à FISCALIZAÇÃO em até 24h após a conclusão do serviço. › O relatório elaborado deverá ser apresentado em mídia com extensão.pdf. › A CONTRATADA deverá anexar ao conteúdo de cada relatório as imagens de vídeo do serviço (em mídia DVD), conforme orientação da FISCALIZAÇÃO. 89 RELATÓRIOS TÉCNICOS E NORMAS DE INSPEÇÃO SUBMARINA | UNIDADE IV › As informações contidas nos relatórios deverão ser claras e precisas quanto a redação, desenhos, números, unidades de medidas, procedimentos, termos técnicos e fotos, a fim de evitar qualquer dúvida quanto aos serviços realizados. » Relatório técnico de campanha de serviços submarinos: › Para cada campanha de intervenção submarina finalizada (classe/dutos/manutenções/inspeções) ou por solicitação da Fiscalização Petrobras, deverá ser elaborado um relatório final, o qual será apresentado à FISCALIZAÇÃO em até 5 dias. › O relatório elaborado deverá ser apresentado em mídia (DVD). › Na mídia, deverão ser armazenados o relatório com extensão.pdf, o memorial descritivo, os croquis, o cronograma da intervenção, as fotos e as gravações de vídeo de todo o trecho inspecionado. › A ferramenta “Hyperlink“ deverá ser bastante explorada. Deve-se utilizá-la no índice do relatório e em demais “pontos notáveis“. › As informações contidas nos relatórios deverão ser claras e precisas quanto a redação, desenhos, números, unidades de medidas, procedimentos, termos técnicos e fotos, a fim de evitar qualquer dúvida quanto aos serviços realizados. 90 CAPÍTULO 2 Normas de inspeção submarina Normas de inspeção submarina Conforme destacado na introdução deste material, a Agência Nacional do Petróleo (ANP), órgão regulador da indústria do petróleo, gás natural, seus derivados e biocombustíveis, que possui como objetivo promover a regulação, a contratação e a fiscalização das atividades econômicas integrantes da indústria de petróleo, gás natural e biocombustíveis (BRASIL, 1997), estabeleceu, em 2015, o Regulamento Técnico do Sistema de Gerenciamento da Segurança Operacional de Sistemas Submarinos (SGSS). Esse regulamento tem como objetivo garantir e promover a operação de sistemas submarinos de forma segura, atuando de forma antecipada para prevenir e mitigar “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” (ANP, 2015, p. 1). De forma geral, no SGSS, é possível identificar desde as respo nsabilidades dos participantes de um sistema submarino até as necessidades específicas de inspeção de determinado equipamentos, como risers. Mediante a leitura e interpretação do SGSS, pode-se observar que é um guia para estabelecimento do sistema de controle e monitoramento da integridade de sistemas submarinos, bem como fornece premissas (procedimentos, documentação, processos, escopos, definição de responsabilidades etc.) que devem ser adotadas por operadores de sistemas submarinos (ANP, 2015). Entretanto, pode-se observar que, por sua natureza de instrumento regulatório, não define procedimentos, normas e métodos específicos a serem realizados para garantia da segurança operacional de sistemas produtivos. As normas são desenvolvidas em diferentes níveis e podem ser mais restritivas ou mais genéricas. Assalim (2010, p. 68) define quatro níveis de atividade de normalização, conforme abaixo: 91 RELATÓRIOS TÉCNICOS E NORMAS DE INSPEÇÃO SUBMARINA | UNIDADE IV Figura 56. Níveis de atividade de normalização. Fonte: Assalim, 2010. Conforme pode-se observarna figura acima, cada nível de atividade de normalização possui determinado nível de exigência. O nível internacional é o menos exigente e mais abrangente; e o nível empresarial é o mais exigente e menos abrangente. Os níveis citados por Assalim (2010, p. 68) são: internacional, e.g., ISO – International Organization for Standardization; regional, e.g., CEN – European Committee for Standardization; nacional, e.g., ABNT – Associação Brasileira de Normas Técnicas; e empresarial, e.g., normas da Petrobras. Dentro desse contexto, observa-se que, na indústria de óleo e gás, são utilizadas normas pertencentes a diferentes níveis. Como exemplo, a norma N-1487 da Petrobras (nível empresarial) utiliza como referências a ABNT NBR 15248 (nível nacional), API RP 1160 (nível nacional, norma norte-americana), DNV RP F116 (nível internacional, norma norueguesa), ISO 14313 (nível internacional) (PETROBRAS, 2017, p. 6) etc. Há, ainda, outras normas específicas da indústria da óleo e gás, como as normas API, desenvolvidas pela American Petroleum Institute (API, 2020). A seguir, serão abordadas algumas normas utilizadas na indústria de óleo e gás, pertencentes a diferentes níveis de atividade de normalização. Normas Técnicas Petrobras (NTPs) A Petrobras estabelece as Normas Técnicas Petrobras (NTPs), a nível empresarial. São responsáveis por estabelecer requisitos técnicos para realização de atividades de projeto, fabricação, construção e montagem, comissionamento, operação, inspeção e manutenção (PETROBRAS, 2020). 92 UNIDADE IV | RELATÓRIOS TÉCNICOS E NORMAS DE INSPEÇÃO SUBMARINA Essas normas são elaboradas por uma comissão, chamada Comissão de Normalização Técnica (CONTEC), que tem como objetivo “dirigir, coordenar e estabelecer diretrizes gerais para a elaboração, promoção e divulgação das normas técnicas Petrobras” (ASSALIM, 2010, p. 76). Essa normas devem ser utilizadas pela Petrobras e “seus fornecedores de bens e serviços, conveniados ou similares conforme as condições estabelecidas em licitação, contrato, convênio ou similar” (PETROBRAS, 2017, p. 1). Ressalta-se que a Petrobras possui normas (NTPs) e especificações técnicas (ETs). As ETs, diferente das NTPs, são documentos que “apresentam as práticas recomendadas e os requisitos para o fornecimento de diversos bens e serviços” (PETROBRAS, 2020). Nesta seção, serão abordadas algumas normas utilizadas pela Petrobras. No “Canal do Fornecedor”, página que contém informações relacionadas ao sistema Petrobras, há a seção “Regras de Contratação”, na qual, entre outras informações, há o catálogo de normas vigentes. Esse catálogo pode ser acessado no link “Catálogo de Normas Técnicas Petrobras – NOV/2020”. A seguir, serão citadas as normas Petrobras relacionadas à inspeção e manutenção de equipamentos submarinos: » N-1487 – Inspeção de Dutos Rígidos Submarinos. » N-1598 – Ensaios Não Destrutivos – Partículas Magnéticas. » N-2036 – Soldagem Subaquática. » N-2634 – Operações de Passagem de “Pigs” em Dutos. » N-2726 – Terminologia de Dutos. » N-2727 – Manutenção de Dutos Rígidos Submarinos. » N-2785 – Monitoração, Interpretação e Controle da Corrosão Interna em Dutos. » N-2786 - Avaliação de Defeitos em Oleodutos e Gasodutos Terrestres e Submarinos Rígidos em Operação. » N-2941 0 – Competências Pessoais em Atividades de Inspeção. 93 RELATÓRIOS TÉCNICOS E NORMAS DE INSPEÇÃO SUBMARINA | UNIDADE IV Normas ABNT NBR Além das normas no âmbito empresarial, há as normas em âmbito nacional, as quais são utilizadas na indústria de óleo e gás. As normas ABNT NBR são desenvolvidas pela Associação Brasileira de Normas Técnicas, a qual também é participante de instituições organizacionais de normalização, como a ISO (International Organization for Standardization) e a COPANT (Comisión Panamericana de Normas Técnicas). É uma instituição sem fins lucrativos, fundada em 28 de setembro de 1940, e desenvolve suas normas a partir de comitês, comissões e organismos (ABNT, 2020). Definições da ABNT: » ABNT NBR: Normas Brasileiras. » ABNT/CB: Comitês Brasileiros. » ABNT/ONS: Organismos de Normalização Setorial. » ABNT/CEE: Comissões de Estudo Especiais. Em 2011, segundo a ABNT, o número de comitês, organismos e comissões era de 154. Entre as normas ABNT, pode-se destacar as que são relacionadas às atividades da indústria de óleo e gás: » ABNT NBR 15632:2020 – Ensaios não destrutivos – Partículas magnéticas – verificação de aparelhagem para inspeção subaquática. » ABNT NBR 16241:2020 – Ensaios não destrutivos – Partículas magnéticas pela técnica de Yoke – Inspeção subaquática. » ABNT NBR 16244:2020 – Ensaios não destrutivos – Ensaio visual – Inspeção subaquática. » ABNT NBR 15549:2020 – Ensaios não destrutivos – Ultrassom – Verificação da aparelhagem de medição de espessura de parede para inspeção subaquática. » ABNT NBR 16482:2016 – Ensaios não destrutivos – Medição de potencial eletroquímico – Inspeção subaquática. 94 UNIDADE IV | RELATÓRIOS TÉCNICOS E NORMAS DE INSPEÇÃO SUBMARINA Normas ABENDI A Associação Brasileira de Ensaios não Destrutivos e Inspeções (ABENDI) é uma instituição que tem como missão fomentar e difundir o conhecimento em integridade de ativos, contribuindo para a competitividade industrial, a valorização do profissional e a preservação da vida e do meio ambiente (ABENDI, 2020). Em 2009, foi credenciada pela ANP para atuar como instituição de Pesquisa & Desenvolvimento (P&D) nas áreas de interesse da indústria de óleo e gás (ABENDI, 2020). A ABENDI possui, até a data de elaboração deste conteúdo, duas normas relacionadas à realização de ensaios não destrutivos no ambiente subaquático. São elas: » ABNT NBR 15549:2008 – Ensaios não destrutivos – Ultrassom – Verificação da aparelhagem de medição de espessura de parede para inspeção subaquática. » ABNT NBR 15632:2008 – Ensaios não destrutivos – Partículas magnéticas – Avaliação da aparelhagem para inspeção subaquática. Há ainda outros quatro projetos e revisões sendo desenvolvidos pela ABENDI, conforme abaixo: » PN 58:000.01-007 – Ensaios não destrutivos – Partícula Magnética – Inspeção subaquática. » PN 58:000.01-008 – Ensaios não destrutivos – Ensaio Visual – Inspeção subaquática. » PR NBR 15549 – Ensaios não destrutivos – Ultrassom – Verificação da aparelhagem de medição de espessura de parede para inspeção subaquática. » PR NBR 15632 – Ensaios não destrutivos – Partículas magnéticas – Avaliação da aparelhagem para inspeção subaquática. Normas internacionais Além das normas empresariais e nacinais, há normas internacions relacionadas à indústria de óleo e gás. Conforme supracitado, normas internacionais são 95 RELATÓRIOS TÉCNICOS E NORMAS DE INSPEÇÃO SUBMARINA | UNIDADE IV mais abrangentes e menos restritivas, e fornecem informações gerais que são aplicáveis a diversas regiões do planeta. A Isso possui 207 normas relacionadas à indústria de óleo e gás. Essas normas são aplicáveis a diferentes etapas do processo de extração, transporte e processamento de hidrocarbonetos (ISO, 2019). Já as normas API, desenvolvidas pela American Petroleum Institute, têm como objetivo fomentar o desenvolvimento da indústria de óleo e gás com segurança. Ela é responsável por desenvolver normas específicas, aplicáveis à indústria de óleo e gás, bem como certificar empresas e profissionais dessa indústria. Essas normas, similares às normas ISO, não são restritivas, possuem ampla abrangência e são aplicáveis a processos de desenvolvimento de equipamentos e produtos utilizados na indústria de óleo e gás (API, 2020). 96 PARA NÃO FINALIZAR Este material foi produzido com o objetivo de apresentar e discutir alguns aspectos relacionados ao ambiente marinho e umas das atividades realizadas nele, a inspeção submarina. Na primeira unidade, foram apresentados os conceitos relativos ao ambiente aquático, como fatores físicos e sua exploração. Essa exploração é desafiadora, uma vez queo acesso ao ambiente marinho é restrito e requer o desenvolvimento de diversos tipos de tecnologia e processos que sejam capazes de superar desafios, como a navegação em grandes profundidades e, consequentemente, em ambientes com altas pressões hidrostáticas. Também é necessária a utilização de equipamentos capazes de superar correntes marítimas e a característica salina dos oceanos. No segundo capítulo desta unidade, também foram apresentados os veículos submarinos e seus conceitos, bem como as características e funções de cada um deles. Foi possível observar o crescente desenvolvimento desses veículos, influenciado por novos conceitos e novas tecnologias. Ressalta-se que uma dessas tecnologis ganha cada vez mais espaço nas inspeções submarinas, os veículos autônomos (AUVs). É sabido que essa tecnologia, especificamente, não é nova e ainda está sob aprimoramento para ser capaz de superar diversos desafios, como a capacidade de navegar somente com auxílio de instrumentos e sua programação, ou inteligência artificial. A segunda unidade deste trabalho foi responsável por apresentar componentes e equipamentos utilizados durante inspeções submarinas em veículos subaquáticos, sejam eles ROVs ou AUVs, bem como a inspeção e manutenção em ambiente subaquático com mergulhadores. No primeiro capítulo desta unidade, foram detalhadas operações de inspeção subaquática, como inspeção visual e detecção de dutos. Ressalta-se que, devido a normas reguladoras, práticas recomendadas e obrigações legais, a manutenção dos sistemas de produção submarinos é um item de responsabilidade do operador e é premissa para autorização de exploração do campo de interesse. Todos os tipos de inspeção e manutenção, por mais simples que pareçam, são essenciais para a garantia da segurança operacional do sistema de procução submarino. Uma inspeção visual, por exemplo, pode identificar aspectos que inviabilizem a operação de um campo ou servir como ponto de partida para investigações 97 PARA NÃO FINALIzAR mais detalhadas. Nesse contexto, a partcipação de mergulhadores é essencial e, ao mesmo tempo, delicada em relação à segurança. Ademais, tem papel fundamental para o desenvolvimento de campos de águas rasas. Devido ao início da exploração de campos nos quais não é possível haver operações de mergulho, em profundidades maiores do que 300m, as tecnologias de veículos subaquáticos e equipamentos submarinos se desenvolveram para suprir a impossibildiade de realizar operações com mergulhadores. A terceira unidade apresentou conceitos relacionados a técnicas de sensoriamento e simuladores. O primeiro capítulo abordou os sistemas de sensoriamento, que possuem importante papel na detecção ou previsão de falhas, que, caso não sejam observadas antecipadamente, podem causar eventos catastróficos, como o rompimento de um duto e a consequente dispersão de hidrocarbonetos no ambiente subaquático. O segundo capítulo apresentou conceitos relacionados a simuladores, componentes essenciais para desenvolvimento de habilidades técnicas, como o treinamento para pilotos de ROV, de novas tecnologias, mediante a simulação do comportamento de veículos submarinos e seus componentes, e planejamento de missões, como a utilização de ambientes as built simulados. A quarta e última unidade abordou os relatórios técnicos e as normas de inspeção submarina. Os relatórios elaborados durante as inspeções submarinas possuem diversas aplicações, essenciais para garantia da operacionalidade de um sistema de produção submarino com segurança. Além de serem necessários para estudos de manutenção e confiabiliade de equipamentos, relatórios de inspeção podem ser exigidos em instrumentos regulatórios, como o Sistema de Gerenciamento da Segurança Operacional de Sistemas Submarinos (SGSS), estabelecido em 2015, pela ANP, que define premissas relacionadas à elaboração de relatórios de inspeção. As normas de inspeção, abordadas no segundo capítulo de Unidade IV, são instrumentos que definem premissas, estabelecem padrões de inspeção e são fontes de dados técnicos para realização e avaliação de diversos aspectos relacionados à integridade do sistema submarino de produção. No Brasil, especificamente, são utilizadas normas desenvolvidas por associações, como ABENDI e ABNT, e também por operadoras, como a Petrobras. 98 REFERÊNCIAS ABB. Oil and gas production handbook An introduction to oil and gas production, transport, refining and petrochemical industry, 2013. 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