Aula Inaugural Projeto Dutos UFF

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PROJETO DE DUTOS SUBMARINOS
Prof. André Luiz Lupinacci Massa, MSc
Prof. Elson Antonio do Nascimento, DSc
Elton Charles Galgoul, MSc
Prof. Dr.-Ing Nelson Szilard Galgoul
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SISTEMAS SUBMARINOS
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Sistema Submarino
Fonte: www.simonsen.br
SISTEMAS SUBMARINOS
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DUTO RÍGIDO COM 
REVESTIMENTO DE CONCRETO
DUTO FLEXÍVEL
DUTOS RÍGIDOS E FLEXÍVEIS
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PROJETO DE DUTOS RÍGIDOS SUBMARINOS
 Estudo da diretriz do duto;
 Análise Hidráulica;
 Dimensionamento mecânico; 
 Estabilidade Hidrodinâmica;
 Proteção catódica;
 Interação Solo-Duto;
 Análise Termomecânica (Flambagem 
Global);
 Análise de Vãos Livres;
 Análises de lançamento;
PRINCIPAIS TÓPICOS ABORDADOS EM UM PROJETO DE UM DUTO 
RÍGIDO SUBMARINO 
 Projeto de cruzamentos e 
calçamentos;
 Projeto dos elementos de interligação 
(tie-ins e Jumpers);
 Projeto dos risers;
 Projeto de enterramento e proteção 
mecânica;
 Teste Hidrostático e Comissionamento;
 Projeto de Cabeças de Instalação.
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PROJETO DE DUTOS SUBMARINOS – ESTUDO DA 
DIRETRIZ
Seleção da rota;
Características do 
solo marinho;
Identificação de 
vãos livres;
Obstáculos 
existentes no leito 
marinho.
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PROJETO DE DUTOS SUBMARINOS – ANÁLISE 
HIDRÁULICA
 Regime permanente – avaliação e/ou
determinação das pressões e vazões que ocorrem
no duto e perdas de energia com velocidade
constante;
 Regime Transiente – avaliação de sobrepressões
e subpressões no duto devido à manobras
bruscas (Golpe de Aríete).
NORMA DNV-OS F101
FLOWMASTER
Determinação da espessura mínima de aço do duto
 Pressão interna;
 Pressão Externa: 
 Colapso; 
 Colapso Propagante.
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PROJETO DE DUTOS SUBMARINOS – DIMENSIONAMENTO 
MECÂNICO
Definição das características do aço
 Corrosividade do aço;
 Temperatura de projeto;
 Soldabilidade do material.
NORMA DNV-OS F101
PLANILHAS DE CÁLCULO 
MATHCAD / EXCEL
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PROJETO DE DUTOS SUBMARINOS – DIMENSIONAMENTO 
MECÂNICO
pd
D
 PRESSÃO INTERNA
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PROJETO DE DUTOS SUBMARINOS – DIMENSIONAMENTO 
MECÂNICO
 PRESSÃO EXTERNA
 COLAPSO
pe
D
 Pressões nas fases Elásticas e Plásticas
 Ovalização (fo);
 Ocorre localizadamente;
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PROJETO DE DUTOS SUBMARINOS – DIMENSIONAMENTO 
MECÂNICO
 PRESSÃO EXTERNA
 COLAPSO PROPAGANTE
pe
D
 Acontece somente após a ocorrência de 
um colapso;
 Ocorre de forma generalizada
 Restritor de Colapso (Buckle Arrestor)
DETERMINAÇÃO DOS ANODOS DE 
SACRIFÍCIO
Tipo;
Forma;
Quantidade.
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PROJETO DE DUTOS SUBMARINOS – PROTEÇÃO 
CATÓDICA
NORMA DNV-OS-F101
NORMA DNV-RP-F103
PLANILHAS DE CÁLCULO 
MATHCAD / EXCEL
TIPOS DE PROTEÇÃO CATÓDICA
 Anodo tipo braçadeira;
 Corrente impressa;
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PROJETO DE DUTOS SUBMARINOS – INTERAÇÃO 
SOLO-DUTO
NORMA DNV-OS-F101
NORMA DNV-RP-F105
PLANILHAS DE CÁLCULO 
MATHCAD / EXCEL
 Determinação dos parâmetros necessários para 
estabelecer a interação solo-duto.
 Tem como base os resultados de investigação geofísica e geotécnica do solo, 
através de ensaios com amostras e leituras sonográficas ou magnéticas; 
 Determinação da penetração do duto no solo, resistências ativa e passiva, 
Rigidez do solo nas condições estática e dinâmica do duto. Determinação dos 
coeficientes de atrito lateral e axial do solo.
 Seus resultados são aplicados em todas os principais estudos relacionados ao 
projeto de dutos submarinos, tais como, Análise de Vãos Livres, Estabilidade 
Hidrodinâmica, Análise Termomecânica, Estudos das Interligações, etc...
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PROJETO DE DUTOS SUBMARINOS – ESTABILIDADE 
HIDRODINÂMICA
NORMA DNV-OS-F101
NORMA DNV-RP-F109
AGA PRCI
 Estabilidade Vertical e Horizontal do duto;
 Determinação de revestimento de concreto;
 Vibrações induzidas por desprendimento de 
Vórtices
Fd
Fl
Wsub
Fi
)()( ls u bid FWFFS F  
TIPOS DE INSTABILIDADE
 Lateral;
 Vertical;
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MITIGAÇÃO DO EFEITO TERMOMECÂNICO
 Sleepers;
 Flutuadores ou bóias;
PROJETO DE DUTOS SUBMARINOS – FLAMBAGEM 
GLOBAL
NORMA DNV-OS-F101
NORMA DNV-RP-F110
ABAQUS / ANSYS / ORCAFLEX
INSTABILIDADE DEVIDO A ENTRADA EM 
OPERAÇÃO DO DUTO
 Pressão interna;
 Variação de temperatura fluido/ambiente;
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PROJETO DE DUTOS SUBMARINOS – FLAMBAGEM 
GLOBAL
INSTABILIDADE LATERAL 
(LATERAL BUCKLING)
 Instabilidade lateral do duto assente 
no leito marinho
 É dependente das condições de 
temperatura e pressão que escoam 
pelo interior do duto
INSTABILIDADE VERTICAL 
(UPHEAVAL BUCKLING)
 Instabilidade vertical do duto 
assente no leito marinho;
 Ocorre principalmente em situações 
onde o duto encontra-se enterrado.
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PROJETO DE DUTOS SUBMARINOS – FLAMBAGEM 
GLOBAL
Sleepers
Fonte: Offshore Magazine
Sleepers
Fonte: Internet
Flutuadores
Fonte: Canapu
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PROJETO DE DUTOS SUBMARINOS – ANÁLISE DE 
VÃOS LIVRES
Vãos Livres em dutos submarinos
Fonte: Internet - zulkiflinurk.wordpress.com
NORMA DNV-OS-F101
NORMA DNV-RP-F105
FATFREE / SAGE
 Investigar os vãos livres existentes 
durante a seleção da diretriz de 
projeto (Bottom Roughness)
 Determinar o vão livre admissível 
em função das características do 
duto, do solo e das condições 
ambientais;
 Definir os vãos críticos e propor 
métodos mitigadores para evitar 
ruptura por fadiga. 
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PROJETO DE DUTOS SUBMARINOS – CORREÇÃO DE 
VÃOS LIVRES
Grout Bags
Fonte: Internet – www.foundocean.com
Mantas de Concreto
Fonte: Internet – www.pipeshield.com
Suporte Mecânico
TIPOS DE INSTALAÇÃO DE DUTOS 
 Métodos Tradicionais;
 S-Lay
 J-Lay
 Reel-Lay
 Métodos Alternativos;
 Arraste de Praia (Shore Approach);
 Furo Direcional;
 Lançamento em terra & Reboque;
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PROJETO DE DUTOS SUBMARINOS – ANÁLISE DE 
LANÇAMENTO
NORMA DNV-OS-F101
ORCAFLEX
MÉTODOS TRADICIONAIS – S-LAY 
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PROJETO DE DUTOS SUBMARINOS – ANÁLISE DE 
LANÇAMENTO
Leito Marinho
ancoragemStinger ou 
rampa de 
lançamento
tensionador
estações de 
soldagem
overbend
MÉTODOS TRADICIONAIS – J-LAY 
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PROJETO DE DUTOS SUBMARINOS – ANÁLISE DE 
LANÇAMENTO
Leito Marinho
ancoragem
Ângulo de 
lançamento próximo 
ao vertical
Embarcação FDS-2
Fonte: Internet – www.saipem.com
MÉTODOS TRADICIONAIS – REEL-LAY 
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PROJETO DE DUTOS SUBMARINOS – ANÁLISE DE 
LANÇAMENTO
Leito Marinho
ancoragemEmbarcação Deep-Blue
Fonte: Internet – www.technip.com
MÉTODOS ALTERNATIVOS 
FURO DIRECIONAL E SHORE APPROACH
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PROJETO DE DUTOS SUBMARINOS – ANÁLISE DE 
LANÇAMENTO
Furo Direcional - HDD
Fonte: Internet – www.mears.net
Arraste de Praia
Fonte: Internet – www.pbjv.com.my
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MÉTODOS ALTERNATIVOS 
LANÇAMENTO DE PRAIA E REBOQUE
PROJETO DE DUTOS SUBMARINOS – ANÁLISE DE 
LANÇAMENTO
Reboque
Fonte:PETROBRAS
Lançamento de Praia
Fonte: PETROBRAS
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PROJETO DE DUTOS SUBMARINOS – PROJETO DE 
CRUZAMENTOS E CALÇAMENTOS
NORMA DNV-OS-F101
NORMA DNV-RP-F105
ORCAFLEX / SAGE
JUMPER
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PROJETO DE DUTOS SUBMARINOS – PROJETO DE 
INTERLIGAÇÕES (TIE-INS & JUMPERS)
NORMA DNV-OS-F101
NORMA DNV-RP-F105
ABAQUS / ANSYS
Fonte: www.gulfisland.com
TIE-INS
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PROJETO DE DUTOS SUBMARINOS – PROJETO DE 
INTERLIGAÇÕES (TIE-INS & JUMPERS)
NORMA DNV-OS-F101
NORMA DNV-RP-F105
ABAQUS / ANSYS
Fonte: www.piping-engineering.com
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PROJETO DE DUTOS SUBMARINOS – PROJETO DE 
RISERS
NORMA DNV-OS-F201
ABAQUS / ANSYS / SACS
Fonte: www.globalspec.com
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PROJETO DE DUTOS SUBMARINOS – PROJETO DE 
ENTERRAMENTO E PROTEÇÃO MECÂNICA
EnterramentoFonte: www.allseas.com
Proteção Mecânica
]Fonte: www.alduco.com
NORMA DNV-OS F101
PLANILHAS DE CÁLCULO 
MATHCAD / EXCEL
ORCAFLEX
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PROJETO DE DUTOS SUBMARINOS – PRÉ-
COMISSIONAMENTO E TESTE HIDROSTÁTICO
NORMA DNV-OS-F101
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PROJETO DE DUTOS SUBMARINOS – PROJETO DE 
CABEÇAS DE INSTALAÇÃO
NORMA DNV-OS-F101
ABAQUS / ANSYS