BRPI0911020B1

BRPI0911020B1 - Método, mídia legível por computador e sistema de monitoramento de corrosão

Info

Publication number: BRPI0911020B1
Application number: BRPI0911020-8A
Authority: BR
Inventors: Jitendra Kumar Gupta; L. Muralidharan; Yatin Tayalia
Original assignee: Bl Technologies, Inc.
Priority date: 2008-07-22
Filing date: 2009-06-08
Publication date: 2019-10-08
Also published as: AR072507A1; US8577626B2; BRPI0911020A2; CA2730134A1; CN102105734B; CN102105734A; TWI484150B; ES3038758T3; EP2318748B1; CA2730134C; WO2010011431A8; US20100023276A1; EP2318748A2; WO2010011431A2; TW201017140A

Abstract

método que compreende receber informações sobre uma rede de tubos para fluidos, meio informático incluindo o código para receber informações sobre uma rede de tubulações para fluidos e sistema de monitoramento de corrosão compreendendo um processador métodos e sistemas para avaliar aspectos da dinâmica de fluidos de corrosão e tensão de cisalhamento nas redes de tubulação são fornecidos. o ponto de interação de tensão de cisalhamento de uma rede de tubulação pode ser identificado através de funções de transferência não dimensional que foram desenvolvidos para identificar a magnitude e a localização dos valores máximos locais dependendo nos parâmetros geométricos de componentes usados nas redes de tubulações, as propriedades dos fluidos do fluxo e as condições de funcionamento da rede de tubulação. após a identificação de valores máximos locais de tensão de cisalhamento potencial, os operadores da rede de tubulação podem monitorar esses locais para a corrosão ou outros danos para evitar a perda de integridade dos tubos.

Description

“MÉTODO, MÍDIA LEGÍVEL POR COMPUTADOR E SISTEMA DE MONITORAMENTO DE CORROSÃO”

Campo da Invenção [001] A presente invenção refere-se, em geral, a métodos e sistemas para determinar a colocação de monitores de corrosão ao longo de redes de tubulação para a detecção e o monitoramento da perda de material devido à corrosão.

Antecedentes da Invenção [002] As redes de tubulação de petróleo e gás podem ser suscetíveis à corrosão ao longo do tempo. Por exemplo, petróleo bruto carregado com mineral e ácido é altamente corrosivo para metais. Em casos extremos, um segmento de tubo pode corroer ao ponto de vazar. Pelo fato de tais vazamentos poderem interferir na operação eficiente de redes de tubulação, a corrosão em tubulações é tipicamente monitorada.

[003] Os monitores e/ou sensores de corrosão são usados na detecção e no monitoramento de perda de material, como na superfície interna de uma parede de tubulação, devido à corrosão e/ou erosão a partir da interação entre o material e o ambiente em contato com o material. Alguns tipos de monitores de corrosão usam métodos de resistência elétrica para detectarem perda de espessura de material na parede de tubo devido à corrosão. Outros tipos de métodos de monitoramento podem envolver avaliação de ultra-som ou raios-X da espessura de paredes de tubo. Tipicamente, o monitoramento ocorre em localizações discretas, múltiplas ao longo de uma rede de tubos pelo fato de a grande escala de tais redes inibir o monitoramento global de corrosão.

[004] Entretanto, não existe nenhum padrão para a seleção dos locais de monitoramento individuais ao longo das redes de tubulação. Para monitores do tipo de mão, a corrosão é monitorada em localizações

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2/33 selecionadas pelo operador do dispositivo. Em geral, essas localizações são determinadas por meio da intuição do operador. Determinados tipos de monitores de corrosão de resistência elétrica são montados permanentemente em localizações individuais no tubo. Como acontece com os dispositivos de mão, não existe nenhuma diretriz para determinar a colocação ideal de tais monitores.

Descrição da Invenção [005] Em determinadas realizações, apresentadas neste documento, são providos métodos e sistemas para a previsão de parâmetros dinâmicos de fluidos localizados em redes de tubulação para fluidos sob condições de fluxo turbulentas. A previsão dos parâmetros de dinâmica de fluidos usando correlação do comportamento de fluido no tubo com pontos de acesso de tensão de cisalhamento pode auxiliar operadores de refinaria ou outros operadores de tubulação na identificação de pontos de região de tensão de cisalhamento máxima. Por exemplo, as realizações das realizações descritas podem ser aplicadas a refinarias que incluem redes de tubulação para petróleo bruto e seus fracionados.

[006] Em uma realização, as concretizações descritas apresentam um método que inclui receber informação sobre uma rede de tubulação para fluidos, sendo que a informação compreende parâmetros geométricos, parâmetros de condição de operação, e propriedades do fluido para a rede de tubulação; correlacionar a dinâmica dos fluidos da rede de tubulação com a tensão de cisalhamento usando funções de transferência não-dimensionais; e determinar uma localização de uma ou mais regiões de máxima tensão de cisalhamento com base na correlação.

[007] Em outra realização, as concretizações descritas apresentam um método que inclui receber informação sobre uma rede de tubulação para fluidos, sendo que a informação compreende parâmetros

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3/33 geométricos, parâmetros de condição de operação, e propriedades do fluido para pelo menos dois componentes de tubulação na rede de tubulação; e determinar uma localização de uma região de máxima tensão de cisalhamento para cada um de pelo menos dois componentes de tubulação com base na informação.

[008] Em outra realização, as concretizações descritas apresentam um método que inclui receber uma localização de uma região de máxima tensão de cisalhamento para cada um de pelo menos dois componentes de tubulação, sendo que a localização é determinada modelando a dinâmica dos fluidos localizada de pelo menos dois componentes de tubulação usando uma ou mais funções de transferência não-dimensionais; e colocar um monitor de corrosão na localização da região de máxima tensão de cisalhamento de pelo menos dois componentes de tubulação.

[009] Em outra realização, as concretizações descritas apresentam um meio legível por computador que inclui um código para: receber informação sobre uma rede de tubulação para fluidos, sendo que a informação compreende parâmetros geométricos, parâmetros de condição de operação, e propriedades do fluido para pelo menos dois componentes de tubulação na rede de tubulação; e determinar uma localização de uma região de máxima tensão de cisalhamento para cada um de pelo menos dois componentes de tubulação com base na informação.

[0010] Em outra realização, as concretizações descritas apresentam um sistema de monitoramento de corrosão que inclui um processador, sendo que o processador é configurado para receber informação sobre uma rede de tubulação para fluidos, sendo que a informação compreende parâmetros geométricos, parâmetros de condição de operação, e propriedades do fluido para pelo menos dois componentes de tubulação na rede de tubulação, e sendo que o processador é configurado para determinar

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4/33 uma localização de uma região de máxima tensão de cisalhamento para cada um de pelo menos dois componentes de tubulação com base na informação.

Breve Descrição dos Desenhos [0011] Essas e outras características, aspectos, e vantagens da presente invenção se tornarão melhor compreendidos quando a seguinte descrição detalhada for lida com referência aos desenhos em anexo em que caracteres semelhantes representam partes semelhantes ao longo dos desenhos, sendo que:

a Figura 1 ilustra uma realização de um sistema de monitoramento de corrosão em conjunto com uma rede de tubulação;

a Figura 2 é um fluxograma de um método de identificação da região de máxima tensão de cisalhamento em componentes modulares de uma rede de tubulação de acordo com uma realização exemplificadora;

a Figura 3 é um fluxograma de um método de identificação da região de máxima tensão de cisalhamento em componentes modulares de uma rede de tubulação de acordo com uma realização exemplificadora;

a Figura 4 mostra convenções de nomenclatura exemplificadoras para modelar um dobramento circular de 90° de acordo com uma realização exemplificadora;

a Figura 5A mostra um perfil de velocidade de fluido exemplificador através de um dobramento circular de 90° de acordo com uma realização exemplificadora;

a Figura 5B mostra um perfil de pressão exemplificador através de um dobramento circular de 90° de acordo com uma realização exemplificadora;

a Figura 5C mostra um perfil de separação de camada de limite exemplificador através de um dobramento circular de 90° de acordo com uma realização exemplificadora;

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5/33 a Figura 6 mostra fluxos secundários através de um dobramento circular de 90° de acordo com uma realização exemplificadora;

a Figura 7 é uma comparação do perfil de velocidade computacional previsto na Figura 5A e os resultados experimentais em uma seção do dobramento circular de 90° exemplificador;

a Figura 8 é uma comparação do perfil de velocidade computacional previsto na Figura 5 A e os resultados experimentais em uma seção alternativa do dobramento circular de 90° exemplificador;

a Figura 9 é uma representação da modelagem dinâmica do fluido da região de máxima tensão de cisalhamento para o componente de dobramento circular de 90° exemplificador de acordo com uma realização exemplificadora;

a Figura 10 mostra a variação da tensão de cisalhamento nãodimensional com número de Reynolds e razão de raio em uma localização de máxima tensão de cisalhamento para o componente de dobramento circular de 90° exemplificador de acordo com uma realização exemplificadora;

a Figura 11 mostra a variação da tensão de cisalhamento nãodimensional com o número de Reynolds e a razão de raio em localizações de máxima tensão de cisalhamento secundárias para o componente de dobramento circular de 90° exemplificador de acordo com uma realização exemplificadora;

a Figura 12 mostra convenções de nomenclatura exemplificadoras para modelar um dobramento em U exemplificador de acordo com uma realização exemplificadora;

a Figura 13A mostra um perfil de velocidade de fluido exemplificador através de um dobramento em U de acordo com uma realização exemplificadora;

a Figura 13B mostra um perfil de pressão exemplificador através

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6/33 de um dobramento em U de acordo com uma realização exemplificadora;

a Figura 13C mostra um perfil de separação de camada de limite exemplificador através de um dobramento em U de acordo com uma realização exemplificadora;

a Figura 14 mostra fluxos secundários através de um dobramento em U de acordo com uma realização exemplificadora;

a Figura 15 é uma comparação do perfil de velocidade computacional previsto na Figura 13A e os resultados experimentais em uma seção do dobramento em U exemplificador;

a Figura 16 é uma representação da modelagem dinâmica do fluido da região de máxima tensão de cisalhamento para o componente de dobramento em U exemplificador de acordo com uma realização exemplificadora;

a Figura 17 mostra a variação da tensão de cisalhamento nãodimensional com o número de Reynolds e a razão de raio em uma localização de máxima tensão de cisalhamento para o componente de dobramento em U exemplificador de acordo com uma realização exemplificadora;

a Figura 18 mostra a variação da tensão de cisalhamento nãodimensional com o número de Reynolds e a razão de raio em localizações de máximas tensões de cisalhamento secundárias para o componente de dobramento em U exemplificador de acordo com uma realização exemplificadora;

a Figura 19 mostra convenções de nomenclatura exemplificadoras para modelar uma junção em T exemplificadora de acordo com uma realização exemplificadora;

a Figura 20A mostra um perfil de velocidade de fluido exemplificador através de uma junção em T de acordo com uma realização exemplificadora;

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7/33 a Figura 20B mostra um perfil de pressão exemplificador através de uma junção em T de acordo com uma realização exemplificadora;

a Figura 20C mostra um perfil de separação de camada de limite exemplificador através de uma junção em T de acordo com uma realização exemplificadora;

a Figura 21 mostra fluxos secundários através de uma junção em T de acordo com uma realização exemplificadora;

a Figura 22 é uma representação da modelagem dinâmica do fluido da região de máxima tensão de cisalhamento para o componente de junção em T exemplificador de acordo com uma realização exemplificadora;

a Figura 23 mostra a variação da tensão de cisalhamento nãodimensional com o número de Reynolds em uma localização de máxima tensão de cisalhamento para o componente de junção em T exemplificador de acordo com uma realização exemplificadora;

a Figura 24 mostra uma configuração em T bloqueada exemplificadora de acordo com uma realização exemplificadora;

a Figura 25 é uma representação da modelagem dinâmica do fluido da região de máxima tensão de cisalhamento para o componente de junção em T bloqueada exemplificador de acordo com uma realização exemplificadora;

a Figura 26 mostra a variação da tensão de cisalhamento nãodimensional com número de Reynolds em uma localização de máxima tensão de cisalhamento para o componente de junção em T bloqueado exemplificador de acordo com uma realização exemplificadora;

a Figura 27 mostra convenções de nomenclatura exemplificadoras para modelar um redutor de acordo com uma realização exemplificadora;

a Figura 28 mostra um perfil de velocidade de fluido

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8/33 exemplificador através de um redutor de acordo com uma realização exemplificadora;

a Figura 29 é uma representação da modelagem dinâmica do fluido da região de máxima tensão de cisalhamento para o componente redutor exemplificador de acordo com uma realização exemplificadora;

a Figura 30 mostra a variação da tensão de cisalhamento nãodimensional com número de Reynolds e inclinação na localização de máxima tensão de cisalhamento para o componente de junção em T exemplificador de acordo com uma realização exemplificadora;

a Figura 31A mostra uma combinação de dobramento circular exemplificadora que pode ser modelada de acordo com uma realização exemplificadora;

a Figura 31B mostra uma combinação de dobramento circular alternativa que pode ser modelada de acordo com uma realização exemplificadora;

a Figura 31C mostra uma combinação de dobramento circular alternativa que pode ser modelada de acordo com uma realização exemplificadora;

a Figura 32 mostra um esquema de uma abordagem truncada para o estudo de combinações de componente de tubo de acordo com uma realização exemplificadora; e a Figura 33 mostra o efeito da duração da interação dos componentes de tubo com tensão de cisalhamento conforme comparado a componentes individuais de acordo com uma realização exemplificadora.

Descrição de Realizações da Invenção [0012] Em determinadas realizações, apresentadas neste documento estão métodos e sistemas para a previsão da localização dos pontos de tensão de cisalhamento mais altos em uma rede de tubulação. O

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9/33 conhecimento da localização da região de máxima tensão de cisalhamento pode permitir que os operadores de redes de tubulação monitorem localizações de tensão de cisalhamento alta com a finalidade de impedir vazamentos ou outro dano naquelas localizações. Em geral, tubos que são submetidos à corrosão têm uma perda de material na parede de tubo, conduzindo ao enfraquecimento dos tubos. Isso pode ser, em parte, o resultado da exposição repetida ao petróleo bruto ácido ou outros fluidos. Os tubos corroídos podem ser propensos a vazar em áreas do tubo que também tenham tensão de cisalhamento alta. Além disso, a tensão de cisalhamento pode acelerar o processo de corrosão. Por exemplo, em áreas tendo tensão de cisalhamento alta, filmes protetores de ocorrência natural contendo sulfeto que reduzem a corrosão no tubo podem não ter uma chance para se formarem. De forma similar, em alguns casos aditivos protetores podem ser adicionados ao fluido no tubo. Em áreas tendo tensão de cisalhamento alta, esses aditivos, que podem incluir sulfetos ou fosfatos, podem não ter uma chance para formarem revestimento ou filmes protetores no tubo. Assim sendo, as áreas de tensão de cisalhamento alta podem representar pontos de acesso potenciais para falha de tubo. Em determinadas realizações, as concretizações descritas também apresentam informação sobre a magnitude da região de máxima tensão de cisalhamento e outros parâmetros de dinâmica dos fluidos em sistemas de tubulação de refinaria. Essas regiões de máximo cisalhamento podem ficar dispostas, então, em ordem de magnitude, e decisões sobre quais localizações individuais para monitoramento podem ser feitas dependendo da disponibilidade das ferramentas de monitoramento. As realizações descritas podem identificar uma localização, ou faixa de localizações em que ferramentas de monitoramento de corrosão podem ser colocadas ou estar localizadas. As localizações podem estar especificadas em determinadas realizações para dentro de uma localização de menos de cerca de 10% ou

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10/33 menos de cerca de 5% da área de superfície ou extensão total de um componente de tubulação individual.

[0013] Os monitores de corrosão podem ser colocados na área de tensão de cisalhamento alta com a finalidade de impedir e/ou prever falha de tubo com mais precisão. As realizações descritas podem permitir que os operadores das redes de tubulação estimem mais efetivamente a corrosão de tubo permitindo que os monitores de corrosão sejam colocados nas ou próximos às áreas do tubo tendo tensão de cisalhamento alta. Assim sendo, é visualizado que determinadas realizações podem ser usadas em conjunto com sistemas para o monitoramento da corrosão de tubo. Na realização ilustrada na FIGURA 1, um sistema exemplificador 10 pode incluir um controlador 16 que se comunica com os monitores de corrosão de tubo 12 montados em uma rede de tubulação exemplificadora 14. Os monitores de corrosão de tubo 12 podem incluir quaisquer monitores de corrosão adequados, incluindo monitores baseados em resistência, raios-X ou ultra-som. Em uma realização, um monitor de corrosão apropriado é o Monitor de Resistência à Corrosão Predator® (General Electric, Trevose, PA). Em tal realização, o monitor de corrosão 12 pode ficar montado permanentemente em uma ou mais localizações na rede de tubulação.

[0014] Um computador 18 pode ficar acoplado ao controlador de sistema 16. Os dados coletados por meio dos sensores 12 podem ser transmitidos ao computador 18, que inclui um processador e um dispositivo de memória adequado. Qualquer tipo adequado de dispositivo de memória, e certamente um computador, pode ser adaptado a realizações específicas, particularmente, processadores e dispositivos de memória adaptados ao processo e ao armazenamento de grandes quantidades de dados produzidos por meio do sistema 10. Além disso, o computador 18 é configurado para receber comandos, como comandos armazenados em ou executados por meio

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11/33 de meios legíveis por computador (por exemplo, um disco óptico ou magnético). O computador 18 também é configurado para receber parâmetros de rede de tubulação e comandos, a partir de um operador via uma estação de trabalho de operador 20, tipicamente equipada com um teclado, mouse, ou outros dispositivos de entrada. Um operador pode controlar o sistema por meio desses dispositivos. Em determinadas realizações, um operador pode inserir dados relacionados aos tubos e às redes de tubulação no interior do computador 18. Onde desejado, outros computadores ou outras estações de trabalho podem desempenhar algumas ou todas as funções de determinadas realizações. Na ilustração diagramática da FIGURA 1, um visor 22 é acoplado à estação de trabalho de operador 20 para a visualização de dados relacionados a localizações de tensão de cisalhamento na rede de tubulação. Adicionalmente, os dados também podem ser impressos ou de outro modo emitidos em uma forma de cópia impressa via uma impressora (não mostrada). O computador 18 e a estação de trabalho de operador 20 podem ficar acoplados a outros dispositivos de saída que podem incluir monitores de computador de propósito especial ou padrão, computadores e conjunto de circuitos de processamento associado. Uma ou mais estações de trabalho de operador 20 podem estar ligadas adicionalmente no sistema para emitir parâmetros de sistema, solicitar exames, visualizar imagens, e assim por diante. Em geral, visores, impressoras, estações de trabalho e dispositivos similares fornecidos dentro do sistema podem ser locais em relação aos componentes de aquisição de dados ou remotos a partir desses componentes, como em outro lugar dentro de uma instituição ou em uma localização inteiramente diferente, estando ligados ao sistema de monitoramento por meio de qualquer rede adequada, como a Internet, redes virtuais privadas, redes locais, e assim por diante. Em uma realização, o sistema 10 pode estar contido parcial ou completamente em um dispositivo de mão (não mostrado). Tal

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12/33 dispositivo pode incluir um monitor de corrosão portátil 12.

[0015] A FIGURA 2 é um fluxograma 24 de acordo com uma realização. As etapas do fluxograma 24 podem ser desempenhadas em conjunto com um computador 18 contendo um processador programado com instruções para desempenhar as etapas, como um sistema 10 conforme apresentado neste documento. Na etapa 26, uma determinada rede de tubulação, como um regime multifásico ou único de temperatura alta, pode ser modelada com a finalidade de reduzir um sistema complexo em uma série de partes modulares. Quaisquer séries adequadas de partes modulares podem ser identificadas. Em uma realização específica, partes modulares podem ser separadas de acordo com distribuições na geometria do tubo. Por exemplo, partes modulares podem ser delineadas por meio de uma alteração na geometria que ocorre ao longo da trajetória de fluxo do fluido. Um tubo linear pode ser um componente modular único, independente do comprimento, e pode unir outro componente modular que é caracterizado por um dobramento, uma curva, uma conexão, ou um arco. Os componentes modulares são separados para os propósitos de dinâmica de fluidos de modelagem e podem ou não ser componentes que ficam separados fisicamente um do outro. Devese compreender que uma série de componentes modulares pode formar um subsistema ou sistema de tubulação sem emenda.

[0016] Na realização de regime de fase única ou na realização de regime multifásico, fatores que podem ser considerados, quando na modelagem do sistema, incluem velocidade de fluido, viscosidade de fluido, densidade de fluido, dimensões da configuração, e aspereza de superfície do tubo. A variação na velocidade, temperatura, viscosidade, densidade e dimensões de componentes pode ser levada em conta para uma faixa ampla de condições de operação e fluidos, como petróleos brutos. Em algumas realizações, pode-se presumir que a superfície interna dos componentes de

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13/33 tubulação seja lisa. Em tais realizações, a previsão de tensão de cisalhamento pode resultar em valores mais baixos associados com a magnitude da tensão como resultado da superfície lisa, em vez de áspera. Entretanto, a previsão de localização pode ser, em geral, inalterada. Em qualquer tubulação, a aspereza é uma função do envelhecimento da tubulação e seu material. Em localizações onde o cisalhamento é mais alto, a superfície do tubo pode se tornar mais áspera com o tempo, resultando, assim, em tensão de cisalhamento ainda mais aumentada naqueles pontos.

[0017] Uma vez separados em seus componentes modulares, os componentes individuais podem ser caracterizados adicionalmente na etapa 28. Em geral, tal caracterização adicional pode incluir propriedades geométricas específicas dos componentes individuais e pode incluir adicionalmente relações relativas entre componentes modulares diferentes. Em uma realização, uma vez que as características de uma rede de tubulação particular foram determinadas, essas características podem ser usadas como uma referência para redes similares. Uma vez que os parâmetros associados com o fluido e cada componente modular foram determinados, os parâmetros podem ser analisados adicionalmente na etapa 30 para determinar uma ou mais localizações de máximas de tensão de cisalhamento em cada componente. A análise pode envolver a correlação dos parâmetros dinâmicos do fluido com localizações de tensão de cisalhamento e magnitude. A correlação pode envolver modelagem dinâmica de fluido para determinar uma ou mais funções de transferência não-dimensionais que descrevem o sistema. Além disso, a correlação pode envolver o uso de dados derivados empiricamente para descrever as propriedades dinâmicas de fluido e/ou validar as equações determinadas por meio do modelo. Mediante determinação de uma ou mais máximas de tensão de cisalhamento, a localização das máximas no componente modular pode ser comunicada a um

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14/33 operador na etapa 32. O operador pode monitorar, então, o tubo para corrosão nas localizações de máxima tensão de cisalhamento.

[0018] A FIGURA 3 é um fluxograma 40 de uma realização específica das realizações descritas. Na etapa 42, a rede de tubulação pode ser simplificada em determinadas partes padrão 44, como tubos lineares 44a, dobramentos 44b (como dobramentos em U), redutores 44c, e/ou juntas 44d. Na etapa 46, um operador pode determinar um valor ou uma faixa de valor para parâmetros múltiplos associados com o tubo e o fluido na rede de tubulação. Por exemplo, um operador pode determinar parâmetros de geometria do tubo 52, como o comprimento, diâmetro, e formato de cada componente. Para componentes incluindo dobramentos, o operador pode determinar o grau do dobramento, e o comprimento de arco. Para redutores, o operador pode determinar o grau ou ângulo de afunilamento no tubo. Além disso, o operador pode determinar a composição do tubo, incluindo a aspereza de superfície na parede interna do tubo. Um operador também pode determinar os parâmetros de propriedade do fluido 50, incluir a composição do fluido, a quantidade de fases (líquida, sólida, ou gasosa), corrosividade, acidez, densidade e viscosidade. Adicionalmente, certos parâmetros das condições operacionais 48 podem ser determinados, como temperatura de fluido e velocidade de fluxo. O fluxo pode ser turbulento, o que, em determinadas realizações, pode ser definido como um número de Reynolds ~10^e7.

[0019] Em determinadas realizações, na etapa 54, as concretizações descritas podem usar modelagem dinâmica de fluido para determinar uma ou mais funções de transferência não-dimensionais que podem ser resolvidas para cada um dos componentes diferentes que levam em conta todas as faixas possíveis de condições de operação, parâmetros geométricos e propriedades de fluido e seus efeitos de interação. Uma abordagem modular é inicialmente adotada e a rede é simplificada em componentes de tubulação

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15/33 comumente usados. Uma faixa de condições de operação, parâmetros geométricos e propriedades de fluido são identificadas, então, para a região de interesse. Em determinadas realizações, a tensão de cisalhamento na parede de tubo pode ser representada por το = το(μ, ρ, V, D, é), onde μ é a viscosidade dinâmica ou absoluta, p é a densidade do fluido, V é a velocidade média do fluxo, β (ou S) é a aspereza de superfície do tubo, e também pode estar relacionada à geometria. Conforme notado, pode-se presumir que a superfície do tubo seja lisa em determinadas realizações. A complexidade pode ser reduzida para duas variáveis por meio do uso de variáveis não-dimensionais. A tensão de cisalhamento não-dimensional pode ser expressa conforme:

r„ (pVD V

Ph ^J[ P ’D)'

PVD = Re, número de Reynolds (não-dimensional), e A e/D = aspereza relativa.

[0020] A tensão de cisalhamento também é relacionada a parâmetros geométricos. Por exemplo, para dobramento circular de 90° e dobramento em U, o raio de curvatura do dobramento (R) e o raio do tubo (r) podem ser levados em conta. Para uma junta em T, o raio do tubo (r), e para um redutor, o raio de entrada para o redutor, o raio de saída para o redutor, e o comprimento do redutor. Usando as entradas para os componentes individuais, as saídas desejadas são as regiões de máxima e a localização 56 de máximo cisalhamento (ú^&ú^e x). Parâmetros de entrada e saída podem ser convertidos em fórmula não-dimensional usando qualquer técnica adequada, como o teorema dos Pi de Buckingham. Entradas e saídas não-dimensionais obtidas para dobramento circular e dobramentos em U são

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Re e Razão de Raio (entradas) e τ^ι_οεαΐ),θ_γ,θ₂,χ (saídas); para juntas em T são Re (entradas) e Tmax/^/), (saídas); e para redutores são Re, inclinação e Razão de Diâmetro (entradas) e ^max( locai) (saídas). Em determinadas realizações, Tmax( locai) pode ser expresso como:

T * max(Jocaf)

_ X ^x = — > onde

2r

Re = Número de Reynolds = razão de Raio = , Inclinação = L—ÍA. e o comprimento raio de Diâmetro = —.

h [0021 ] A fórmula funcional final pode ser:

A. Para componentes de dobramento em U e circulares r max(/oca/) = f\(Rc,razão de raio)

Θ, ⁼ f₂(Re,razão de raio) θ₂ = f₃ (Re,razão de raid) x = razão de raid)

B. Para juntas em T ⁼ £1 (^Rc) #i =g₂(Re) f =g₃(^Rc)

C. Para redutores τ m‘àx(l(>cal) = h_} (Re, inclinação, razão de diãmelro) [0022] Em determinadas realizações, a faixa dessas entradas não-dimensionais pode ser identificada para a faixa de condições de operação, propriedades de fluido e parâmetros geométricos. Uma realização particular

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17/33 para uma faixa de Re é apresentada na Tabela 1

Tabela 1: Faixa de parâmetros de entrada

	Re
Alta	2,00E+07
Baixa	2,70E+04

[0023] As realizações descritas podem usar modelos de k-£ modificados com trama resolvida até a parede. O modelo de k-£ realizável tem fórmulas diferenciais analiticamente derivadas para viscosidade eficaz que explica os efeitos de número de Reynolds baixo. A condição de limite de entrada de velocidade pode ser usada onde um perfil de velocidade uniforme é especificado. Para parâmetros de turbulência, a intensidade de turbulência e o diâmetro hidráulico são especificados como entradas, que são calculadas dependendo do número de Reynolds e do diâmetro do tubo. Para o diâmetro hidráulico, a equação pode ser expressa como Diâmetro hidráulico = Diâmetro do tubo, e para a intensidade turbulenta, a equação pode ser expressa como Intensidade turbulenta = 0,16 (Re)’^1/8. A condição de limite de fluxo de saída pode ser usada, isto é, o gradiente normal de velocidade pode ser presumido como zero. Em determinadas realizações, a condição de saída de pressão oferece resultados idênticos. Em determinadas realizações, nenhuma condição de limite de escorregamento é especificada nas paredes.

[0024] FLUENT® 6.1 (Fluent Inc., Lebanon, NH) foi usado para solucionar as equações dominantes com esquemas de discretização e condições de limite apropriados. Um caso de estado constante turbulento incompressível tridimensional pode ser solucionado com precisão dupla. Esquemas de ordem maior podem ser usados para discretização da equação de turbulência e energia cinética; a primeira exigência de tamanho de célula é da ordem de 10^-6, que pode ser apropriada para exatidão aumentada relativa

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18/33 aos efeitos da parede. Observou-se que o esquema de discretização de pressão tem efeitos insignificantes na tensão de cisalhamento da parede.

[0025] As presentes técnicas referem-se à correlação dos parâmetros dinâmicos do fluido com pontos de acesso de tensão de cisalhamento. Conforme notado, a correlação pode assumir a forma de modelagem dinâmica de fluido para gerar uma ou mais equações de transferência não-dimensionais que podem ser solucionadas para parâmetros específicos exclusivos para um sistema de tubulação particular. Em uma realização, uma equação de transferência não-dimensional geral pode ser desenvolvida, descrevendo o sistema de tubulação como um todo, incluindo diversos tipos de componentes de tubulação com geometria diferente. Em outra realização, uma série de equações de transferência não-dimensionais pode descrever uma série de componentes diferentes de tubulação. Em outra realização, a correlação pode ser desenvolvida pelo menos em parte usando os dados derivados empiricamente. Por exemplo, tais dados podem incluir medições de espessura de parede do sistema de tubulação que são obtidas com o tempo, combinadas com os parâmetros de operação e geométricos de tais sistemas. Em uma realização, correlações matematicamente derivadas podem ser validadas usando dados empíricos para que quaisquer equações que descrevem o sistema de tubulação possam ser aperfeiçoadas com o tempo na medida em que os dados empíricos se tornam disponíveis.

Exemplos [0026] Os seguintes exemplos apresentam realizações específicas das presentes técnicas.

I. Propriedades de fluxo de um dobramento circular de 90° [0027] As realizações descritas foram usadas para examinar as propriedades de fluxo de um dobramento circular de 90° exemplificador. As convenções de nomenclatura usadas para a modelagem do dobramento

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19/33 circular de 90° foram mostradas na FIGURA 4. O dobramento circular de 90° foi modelado em três razões de raio diferentes; 3,833, 4,67 e 5,5, mediante as três condições de operação, e em números de Reynolds 2,7 x 10⁴, 7,3 x 10⁵ e 2 x 10⁷. A FIGURA 5A é um perfil de velocidade do dobramento circular de 90°. A partir do perfil de velocidade mostrado na FIGURA 5A no plano de simetria, com magnitudes de velocidade no eixo geométrico 64, observou-se que, na medida em que o fluido se move ao longo do dobramento, a velocidade de valor máximo se desloca a partir do lado interno do dobramento 60 para o lado externo 62. Essa zona de velocidade mais alta externa se mantém em movimento com o fluxo até mesmo nos diâmetros de 12 ou maiores. Entretanto, nenhuma alteração na magnitude e localização de tensão de cisalhamento foi vista mesmo quando o comprimento de saída do tubo é diminuído/ aumentado. A FIGURA 5B mostra a magnitude, pressão estática mostrada no eixo geométrico 70, na parede de dobramento, por meio da qual a pressão na parede interna 66 é menor do que na parede externa 68, o que é um resultado do equilíbrio da força centrífuga. Existiu uma separação de camada de limite observada a alguma distância distante da saída do dobramento conforme mostrado na FIGURA 5C. Isso ocorre pelo fato de que na região 72, as velocidades são muito baixas nas adjacências da parede e o gradiente de pressão adversa se desenvolve. A FIGURA 6 mostra os vetores de velocidade em seções transversais A, B, C, e D, mostradas na FIGURA 5A. Observou-se que o fluxo está em direção ao lado externo do dobramento mais próximo ao plano de simetria. Isso ocorre pelo fato de as forças centrífugas serem mais altas nessa zona (raio pequeno de curvatura) bem como a tendência de o fluido cobrir menos distância na medida em que o fluido foi em direção ao raio pequeno. Isso criou os Vórtices de Dean em que a área de recirculação se desloca em direção à porção interna do dobramento na medida em que o fluido se move no dobramento. Isso é um resultado das forças

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20/33 centrífugas que diminuem devido ao menor fluido na zona interna na medida em que o fluido se move no dobramento.

[0028] FIG. 7 é um gráfico de comparação do perfil de velocidade na linha do plano de simetria do dobramento circular a 90° em um ponto 74 30° longe da entrada do dobramento. O menor raio possível grafado sobre o eixo x é 0 (zona interna), com 2 sendo a zona externa do raio mais alto do dobramento. Nesse plano, as velocidades foram maiores na parede interna, pois o líquido grosso iria seguir o caminho de menor raio, ou seja, o raio interno e, em seguida, deslocar para o exterior, devido à ação centrífuga da curvatura do dobramento. Este efeito foi observado no gráfico da FIG. 8, que mostra a comparação em um plano 76 um diâmetro de distância da saída do dobramento. Os dados experimentais foram comparados com os resultados computacionais e refletem que o modelo capturou a física do fluxo. A ligeira diferença entre os valores experimentais e computacionais podem ser atribuídas a um erro experimental ou a certos parâmetros como a superfície irregular, que foram eliminados nos cálculos.

[0029] A FIG. 9 é um esquema da localização do ponto de acesso da tensão de cisalhamento 78, 80 e 82 observados para o dobramento circular modelada a 90°. Foi observado que a máxima tensão de cisalhamento variou com a razão de raio e número de Reynolds. Três regiões de máximo cisalhamento foram observados nos casos estudados por três razões de raio e três números de Reynolds. Uma máxima 78 foi notada logo após a entrada do dobramento, devido à mudança de velocidade axial - gradientes de fluxo primário. As segundas duas máximas 80 e 82 foram o resultado da mudança na corrente secundária e são reflexo um do outro. Estes são localizados entre a saída do dobramento e o centro do dobramento. Foi observado que a razão entre máximas decorrentes dos fluxos secundários e fluxos primários variam entre 0,77 a 1,05.

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21/33 [0030] A FIG. 10 é um gráfico que mostra a variação na magnitude da região de máxima tensão de cisalhamento não dimensional devido ao fluxo primário (região de máxima1) com o número de Reynolds e a razão de raio. Conforme o número de Reynolds é aumentado (enquanto mantém a razão de raio constante), o cisalhamento diminui. Isso ocorre porque um aumento no número de Reynolds significa diminuir as forças de viscosidade que levam à diminuição no cisalhamento ou o aumento na parte de convecção. Isso leva a um aumento no cisalhamento, mas a um aumento muito maior na parte de convecção, o que novamente faz com que o cisalhamento não dimensional diminua. Observou-se que conforme a razão de raio aumenta, isto pode levar a um aumento no termo de convecção e, consequentemente, diminui o cisalhamento não dimensional. Resultados similares foram observados entre as tendências das regiões de máxima 2 e 3, mostrados na FIG. 11, que foram os resultados dos gradientes de fluxo secundário.

[0031] A função de transferência adequada para estas regiões de máxima assume a forma funcional:

TiLocalMax= aibi ^r/(r+R) p^1+ci u^2+ci r^ci p^-ci onde a, b e c para o dobramento modelado são mostrados na Tabela 2.

Tabela 2: Valores das Constantes para Regiões de Máxima Tensão de

Cisalhamento da Função de Transferência para Dobramento Circular a

90°

	Máx 1	Máx 2 e 3
a	0,023570077	0,024577822
b	118,89425	15,1204467
c	-0,230485	-0,2068692

[0032] Foi observado que a variação no local para estas máximas

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22/33 é de 10% da extensão total do dobramento circular, como mostrado na Tabela

3.

Tabela 3: Localização das Regiões de Máxima para o Dobramento Circular a 90°

	Máx 1	Máx 2	Máx 3
θ1 (em graus)	-45 a -28,6	19,7 a 23,3	19,7 a 23,3
Θ2 (em graus)	180	138 a 148	-138 a -148

[0033] Assim, um componente modular, com as características geométricas de dobramento circular a 90°, ou uma forma similar, pode ser modelado com uma equação de transferência não dimensional. Alguns parâmetros geométricos, assim como os parâmetros operacionais e de fluidos, podem ser utilizados como entradas para a equação para localizar ou prever a região de máxima tensão de cisalhamento para esse componente.

II. Propriedades de fluxo de um dobramento U [0034] As realizações divulgados também foram usados para examinar as propriedades de fluxo de um dobramento em U exemplar. As convenções de nomenclatura utilizadas para a modelagem do dobramento circular a 90° são mostrados na FIG. 12. Um tubo de dobramento em U foi investigada por duas razões diferentes de raio, 3,833 e 5,5, sob três condições de fluxo operacional, com número de Reynolds 2.7x 10 ⁴, 7.3x 10 ⁵ e 2x 10 ⁷ A FIG. 13 mostra a física do fluxo para o dobramento em U. Pode ser visto a partir do perfil de velocidade que, conforme o fluido move-se ao longo do dobramento, a velocidade máxima muda do lado interno do dobramento 84 para o lado externo 86 (magnitudes de velocidade mostradas no eixo 88). Esta zona exterior de maior velocidade continua a se mover com o fluxo, mesmo até o diâmetro de 12. Nenhuma mudança na localização da tensão de cisalhamento e magnitude foi observada mesmo quando o comprimento de saída da tubulação diminui/aumenta. A FIG. 13B também mostra a pressão

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23/33 estática na parede do dobramento. A pressão na parede interna 90 é menor do que na parede externa 92 (magnitudes de pressões mostradas no eixo 94), que é um esforço do campo de fluxo para equilibrar a força centrífuga. A separação da camada limite na região 95 é observada a alguma distância da saída do dobramento e é capturada pelo modelo, conforme ilustrado na FIG. 13C. Isso porque, nesta região, a velocidade é relativamente baixa nas proximidades da parede, e a pressão está aumentando, ou seja, um gradiente de pressão adversa se formou. A FIG. 14 mostra os vetores de velocidade em seções transversais denominadas de A, B e C (ver FIG. 13 A, aumentando na direção do fluxo). Foi observado que o fluxo está na direção do lado exterior do dobramento próximo ao plano de simetria. Este é o resultado de forças centrífugas maiores nesta zona (raio de curvatura baixo), assim como a tendência do fluido para cobrir uma menor distância, pois o fluido tentará ir em direção ao raio interno. Isso cria vórtices de Dean. A área de recirculação muda em direção à porção interna do dobramento, enquanto o fluido se move no dobramento. Isso ocorre porque as forças centrífugas diminuem como resultado de menos fluido na zona interior, conforme o fluido move-se no dobramento.

[0035] A FIG. 15 é um gráfico da velocidade média axial na saída do dobramento no plano de simetria, onde 0 é o menor raio (zona interna) e 2 é o maior raio na zona externa do dobramento. As velocidades na zona exterior podem ser mais elevadas como resultado das forças centrífugas que deslocam fluidos para o raio exterior. Os resultados foram comparados às observações experimentais. Foi observado que a diferença entre os valores previstos e os resultados experimentais é de 10%. Na zona mais baixa de raio (0), o modelo subestima o valor, enquanto que nas zonas centrais, o superestima.

[0036] A FIG. 16 é uma visão esquemática da localização de

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24/33 máxima tensão de cisalhamento 100, 102, 104 e 106 para o componente de tubo de dobramento em U. Foi observado que a máxima tensão de cisalhamento variou com a razão de raio e o número de Reynolds. Quatro regiões de máximo cisalhamento foram observadas em todos os casos estudados por duas razões de raio e três números de Reynolds. Um valor máximo 100 é observado logo após a entrada do dobramento, que é um resultado da mudança no gradiente de fluxo primário. Uma máxima 106 também ocorre logo após o dobramento e é mais uma vez o resultado da mudança no fluxo primário. Enquanto as máximas restantes 102 e 104 resultam de uma mudança na corrente secundária e são simétricas, estão localizadas entre a saída do dobramento e ao centro do dobramento. Foi observado que a razão entre as máximas decorrentes dos fluxos secundários e fluxos primários varia de 0,78 a 1,12. Portanto, uma função de transferência não dimensional é desenvolvida para prever a variação na magnitude e localização de regiões de máximo cisalhamento para estas três máximas.

[0037] A FIG. 17 é um gráfico que mostra a variação na magnitude da região de máxima tensão de cisalhamento não dimensional devido ao fluxo primário (região de máxima1) com o número de Reynolds e a razão de raio. Conforme o número de Reynolds aumenta, enquanto mantém a razão de raio constante, diminui o cisalhamento não dimensional. Este é um resultado do efeito que um aumento no número de Reynolds significa diminuir as forças de viscosidade ou aumentar a parte de convecção. Observou-se que como a razão de raio aumenta, pelo aumento do raio de curvatura, o que pode levar à diminuição da força centrífuga e depois a um menor cisalhamento e, portanto, a um menor cisalhamento não dimensional, diminuindo o raio do tubo, ou aumentando a velocidade por manter o mesmo número de Reynolds, o que pode levar a um aumento no termo de convecção e, consequentemente, diminuir o cisalhamento não dimensional. Tendências semelhantes foram

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25/33 observadas para outras regiões de máxima, a FIG. 18 mostra a variação para máximas 2 e 3.

[0038] Se uma função de transferência for adequada para estas regiões de máxima a forma funcional seria:

TiLocaiMax= ab ^r/(r+R) p^1+ci u^2+ci r^ci p^-ci onde a, b e c para todas máximas são mostrados na Tabela 4.

Tabela 4: Valores das constantes para máximas diferentes

	Máx 1	Máx 2 e 3	Máx 4
a	0,0538145	0,046998	0,09765902
b	95,66126	29,5552	3,764016
c	-0,2234252	-0,1938766	-0,2207915

[0039] Foi observado que a localização de máxima 1 em direção à periferia não se alterou com entradas de parâmetros diferentes e foi observado a 180°. Embora a mudança na direção de fluxo siga um comportamento monotônico, a variação está outra vez dentro de 10% da extensão total. Foi observado também que a localização de máxima 4 em direção à periferia não se alterou e foi observada a 0°. Embora a mudança na direção de fluxo siga um comportamento monotônico, a variação está outra vez dentro de uma pequena porcentagem da extensão. Observou-se que as localizações de máximas 2 e 3 em direção à periferia não se alteraram e foram observadas a 130° +/- 10°. Observou-se que, se a interseção da extensão coberta pela máxima a 0,9 da máxima for estudada, a extensão forma uma faixa. A faixa variou, de 7° a 35° para todos os casos. Para selecionar um ponto de monitoramento, qualquer ponto dentro da faixa pode ser monitorado. Esses locais são tabulados na Tabela 5.

Tabela 5: Localização das Regiões de Máxima para Dobramento em U

	Máx 1	Máx 2	Máx 3	Máx 4
θ1 (em graus)	-90 a -74	7 a 35	7 a 35	não exigido
Θ2 (em graus)	180	120 a 140	-120 a -140	0

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26/33

	Máx 1	Máx 2	Máx 3	Máx 4
x/d	não exigido	não exigido	não exigido	0,23 a 0,27

[0040] Assim, um componente modular, com as características geométricas de um dobramento em U, ou uma forma similar, pode ser modelada com uma equação de transferência não dimensional. Alguns parâmetros geométricos, assim como parâmetros de operação e de fluido, podem ser usados para localizar ou prever a região de máxima tensão de cisalhamento para esse componente.

II. Propriedades de fluxo de uma junção em T [0041] As realizações divulgadas também foram usadas para examinar as propriedades de fluxo de uma junção em T exemplar. As convenções de nomenclatura utilizadas para a modelagem da junção em T são mostradas na FIG. 19. Uma junção em T foi estudada durante três condições de operação, em número de Reynolds 2.7x 10 ⁴, 7.3x 105 e 2x 10 ⁷ A FIG. 20A apresenta o perfil de velocidade e a parcela do vetor no plano de simetria capturando a separação da camada limite e a distribuição de pressão na junção. A partir do perfil de velocidade, foi observado que o fluxo faz um dobramento de forma semelhante como o dobramento em U e um dobramento circular, mas com um maior grau. O fluxo tende a se projetar para fora devido às forças centrífugas relativamente altas. Como visto na FIG. 20B, a pressão estática na parede interna 110 é menor do que na parede exterior 112 para equilibrar esta força centrífuga. A FIG. 20C mostra a separação da camada limite na região 114, que está localizada logo após o vértice da junção em T Na região do vértice, um gradiente de pressão adverso leva à separação da camada limite. A FIG. 21 é um gráfico que mostra os vetores de velocidade em seções rotuladas de 1 a 4. Foi observado que nas seções A e B, o fluxo está em direção ao centro, o que indica o desenvolvimento de camada lisa de fronteira, enquanto na seção C, logo acima do vértice, há uma tendência do

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27/33 fluido a ajustar-se para uma separação iminente. Correntes de fluxo secundário, com movimentos circulatórios são encontrados na seção D, a jusante da bolha de separação no vértice.

[0042] A FIG. 22 é uma visão esquemática de duas regiões de máxima tensão de cisalhamento 116 e 118 para a junção em T modelada. O valor máximo de tensão de cisalhamento mostrou-se fortemente dependente do número de Reynolds. Quatro regiões de máxima tensão de cisalhamento são vistas em todos os casos estudados para três números de Reynolds diferentes. Duas regiões de máxima 116 e 118, mostrados na FIG. 22, são observadas apenas no vértice, que surgem devido aos efeitos combinados das alterações bruscas na direção de velocidade e correntes secundárias. As outras duas máximas (não mostradas) são o resultado de uma mudança na corrente secundária e são simétricas, localizadas logo após o vértice, na superfície superior. Foi observado que a razão entre as máximas decorrentes dos fluxos secundários e o fluxo primário variou entre 1,66 a 3,55. As máximas secundárias foram menores em magnitude em relação à máxima primária, no entanto o seu valor de confiança foi mais elevado. Em realizações em que o vértice pode não ser tão acentuado, as máximas secundárias podem aumentar significativamente em magnitude.

[0043] A FIG. 23 é um gráfico que mostra a variação na magnitude das regiões de máxima tensão de cisalhamento não dimensional para as regiões de máxima 1 e 2. Foi observado que, conforme o número de Reynolds aumenta, a tensão de cisalhamento não dimensional diminui. Isto é devido ao fato de que um aumento no número de Reynolds indica a diminuição das forças de viscosidade ou um aumento na parte de convecção, o que leva a um aumento no cisalhamento, mas um aumento muito maior na convecção.

[0044] A função de transferência é desenvolvida para estas regiões de máxima dadas por:

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28/33 τ _ _-,1+ci ,,2+ci ,-ci..-ci

TiLocalMax— 3ιβ U Γ μ onde i indica o número de máxima e os valores dessas constantes correspondentes a essas máximas são mostrados na Tabela 6 abaixo.

Tabela 6: Valores das Constantes de Máximo Cisalhamento para Junção EM T

	Máx 1 e 3	Máx 2 e 4
a	12,32686025	0,732749809
c	-0,356734305	-0,2006663

[0045] Foi observado que a localização dessas máximas não se alterou com as condições de funcionamento e cobriu uma extensão que é mostrada na Tabela 7 abaixo.

Tabela 7: Localização das Regiões de Máximo Cisalhamento para Junção em T

	Máx 1	Máx 2	Máx 3	Máx 4
θ1 (em grau)	0	3,5	0	3,5
Θ2 (em grau)	34 a 47	42	-34 a -47	-42

[0046] Uma das outras configurações de fluxo mais comumente encontradas, um T bloqueado, nas refinarias é mostrado na FIG. 24. Um T bloqueado é comumente encontrado em locais onde são colocadas as válvulas de controle para controlar a distribuição do fluxo. Além do número de Reynolds, comprimento do tubo bloqueado pode ser um outro parâmetro que influencia a localização e magnitude das tensões de cisalhamento nas paredes da junção em T O comprimento mínimo bloqueado observado nas refinarias pode ser modelado como tendo um comprimento de pelo menos 2d. Em um T bloqueado, o local de tensão de cisalhamento pode ser no vértice a jusante da junção em T como é mostrado na FIG. 25. Nesta realização, apenas uma região de máximo cisalhamento 120 foi observado. Também foi observado que a tensão de cisalhamento no T bloqueado foi 1/8 inferior à tensão de cisalhamento em uma junção em T em condições normais de funcionamento

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29/33 (ou seja, fluxo aberto). O T bloqueado tem alterações insignificantes (<10%) na magnitude da tensão de cisalhamento com mudanças no comprimento da parte bloqueada, enquanto nenhuma alteração é observada para a localidade para comprimentos diferentes de bloqueio.

[0047] A FIG. 26 mostra a variação de tensão de cisalhamento não dimensional com um número de Reynolds, a relação dada por:

τ= ap^1+c u^2+c r^c μ'^ε onde os valores das constantes a e c são tabulados na Tabela 8.

Tabela 8: Valores das Constantes para a Função de Transferência de Máximo de Cisalhamento para um T Bloqueado

	Região de máxima
a	14,907
c	-0,4775572

Assim, um componente modular, com as características geométricas de uma junção em T, ou uma forma similar, pode ser modelado com uma equação de transferência não dimensional. Além disso, as junções em T que são bloqueadas em uma entrada ou saída também podem ser modeladas. Alguns parâmetros geométricos, assim como parâmetros de operação e de fluido, podem ser usados para localizar ou prever a região de máxima tensão de cisalhamento para esse componente.

IV. Propriedades de fluxo de um redutor [0048] As realizações divulgadas também foram usadas para examinar as propriedades de fluxo de um redutor exemplar. As convenções de nomenclatura utilizadas para a modelagem da junção em T são mostradas na FIG. 27. O redutor foi estudado em números de Reynolds 2.7x 10 ⁴, 7,3 x 10 ⁵e 2x 10 ⁷ e, por duas inclinações, 0,023 e 0,089, onde a inclinação é dada por = inclinação = (ri- r2)/comprimento . A FIG. 28 mostra o perfil de velocidade no plano de simetria. A partir do perfil de velocidade pode-se observar que, como

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30/33 o fluido entra no redutor, a velocidade média do fluido aumenta devido à diminuição da área transversal, que dá origem ao aumento de velocidades locais também.

[0049] A tensão máxima de cisalhamento foi verificada estando na saída do redutor. Este pode ser o resultado de velocidades, sendo maior na seção de tubo de menor diâmetro, enquanto a saída do redutor de fluxo pode estar em uma zona de desenvolvimento de fluxo. A tensão máxima de cisalhamento foi uma forte função do número de Reynolds (com base no diâmetro de saída do redutor) e da inclinação do redutor. A tensão máxima de cisalhamento 122 é observada na saída do dobramento, mostrada no esquema da FIG. 29.

[0050] A FIG. 30 é um gráfico que mostra a variação com o número de Reynolds na magnitude da região de máxima tensão de cisalhamento não dimensional para as regiões de máxima 1 e 2. Foi observado que, conforme número de Reynolds aumenta, a tensão de cisalhamento não dimensional diminuiu. Também foi observado que a maior inclinação é referente à maior tensão de cisalhamento.

[0051] A função de transferência é desenvolvida para estas regiões de máxima dada por:

TLocalMax= ab^100(r1- ^{r2)/ com}P^rimento pl+c u^2+c r^c p'^c [0052] Os valores destas constantes estão na Tabela 9.

Tabela 9: Valores das Constantes para Máximas de Cisalhamento

	Máx
a	0,0318
b	1,0709
c	-0,227

[0053] Foi observado que a localização dessas máximas em todos os casos estudados foi na saída do redutor.

[0054] Assim, um componente modular, com as características

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31/33 geométricas de um redutor, ou de uma forma semelhante, podem ser modelados com uma equação de transferência não dimensional. Alguns parâmetros geométricos, assim como parâmetros de operação e de fluido, podem ser usados para localizar ou prever a região de máxima tensão de cisalhamento para esse componente.

V. Interação entre os componentes [0055]Além da modelagem de tensão de cisalhamento em componentes individuais, as realizações divulgadas podem levar igualmente em conta a interação entre os componentes. Por exemplo, a interação entre diferentes dobramentos circulares 90° foi estudada em uma gama de condições operacionais. Três configurações comuns para combinações de dobramentos circulares a circulares são mostradas nas Figs. 31A-C. Nessas configurações, os fluxos destes componentes têm forças de inércia muito altas e os efeitos da gravidade podem ser insignificantes. Assim, a orientação relativa é mais importante que a orientação absoluta.

[0056]Além disso, a diferença de tensão de cisalhamento pode ser estudada de forma a jusante ou a montante. Ao olhar para os efeitos a jusante, a diferença entre tensões de cisalhamento nos dobramentos foi analisada para um número de Reynolds exemplar maior e raio de curvatura baixa com comprimento zero de interação. Por exemplo, a combinação com orientação transversal na FIG. 31C mostrou uma diferença de 27% na magnitude da tensão de cisalhamento entre os componentes. Voltando para os efeitos a montante, se uma variação percentual na tensão de cisalhamento em um dobramento for observada, verifica-se que a diferença de 10% ou menos pode ser considerada insignificante. Foi observado que em geral, embora os efeitos a montante não foram significativos, a jusante os efeitos foram consideravelmente elevados. A Tabela 10 mostra a diferença percentual para as combinações.

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Tabela 10: Efeitos a montante

Configuração	Re	Magnitude Máxima de Cisalhamento Não Dimensional	% Diferença Comparada com apenas um caso de dobramento sem dobramento a montante ou a jusante	Mudança na Localização
Fig.31A	Alta	0,004498	8	Insignificante
Fig.31B	Alta	0,004415	6	Insignificante
Fig.31C	Alta	0,004312	4	Insignificante

[0057] Como ter dois dobramentos e comprimento de entrada e de saída aumenta o comprimento do domínio computacional e os esforços computacionais, uma abordagem pode ser adotada em que o perfil de saída do estudo do dobramento único após o comprimento ID do dobramento são tomados como perfil de entrada para o próximo dobramento. Para indicar a orientação relativa, esses perfis foram alternados em ângulos adequados. Nesta abordagem, foi feita uma validação para verificar a faixa de validade. Estas combinações foram testadas em um comprimento de interação de 2d, e são comparados com um caso com comprimento de entrada ID, onde o perfil de entrada dos estudos únicos de dobramento são ligados após o comprimento do ID da saída do dobramento. Estes casos são mostrados na FIG. 32.

Tabela 11: Diferença de tensão de cisalhamento de caso completo com um truncado

Configuração	Re	Magnitude Máxima de Cisalhamento Não dimensional	% Diferença	Mudança na Localização
Combinação Completa	Caso Truncado
Fig.31A	Alta	0,005070	0,004963	-2	Mudança insignificante (<2⁰)
Fig.31B	Alta	0,005353	0,005655	6	Mudança insignificante (<2⁰)
Fig.31C	Alta	0,005502	0,005475	-1	Mudança insignificante (<2⁰)

[0058] A Tabela 11 mostra a variação da taxa de variação percentual

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33/33 na tensão de cisalhamento na segunda dos três dobramentos nas combinações devido ao truncamento. Verificou-se que a mudança na magnitude e localização era insignificante (<10%). Assim, a abordagem de truncar introduz um erro insignificante e pode ser utilizado como uma técnica de modelagem eficaz. Como o comprimento de interação entre os componentes pode influenciar o perfil de velocidade do fluxo para o próximo componente, pode ser vantajoso estudar seus efeitos. A FIG. 33 mostra o efeito do comprimento de interação da magnitude da tensão de cisalhamento não dimensional em um único dobramento. Foi observado que, como o comprimento de interação é maior, houve uma variação percentual que decaiu, mas depois de cerca de 30d comprimento de saída a mudança fica saturado para um valor de cerca de 10% com uma diferença máxima observada de 27%.

[0059] Os efeitos técnicos da invenção incluem a identificação dos locais e da magnitude da região de máxima tensão de cisalhamento para uma rede de tubulação. Essas informações podem permitir que os operadores de rede de tubulação coloquem de forma mais eficaz os monitores de corrosão. No caso de exposição prolongada a líquidos corrosivos, as áreas de uma rede de tubulações que apresentam maior tensão de cisalhamento podem ser mais propensos a falhar, ou podem falhar mais rapidamente do que em zonas de menores magnitudes de tensão de cisalhamento. Devido ao monitoramento da corrosão ser geralmente realizado em locais ao longo de uma rede local, as realizações divulgadas podem permitir uma seleção mais eficaz dos locais de monitoramento.

[0060] Apesar de apenas certos recursos da invenção terem sido descritos e ilustrados aqui, muitas modificações e alterações irão ocorrer para os técnicos no assunto. Portanto, deve ser entendido que as reivindicações anexas são destinadas a cobrir todas essas modificações e alterações que se enquadrem no verdadeiro espírito da invenção.

Claims

1. MÉTODO (24, 40), caracterizado por compreender:

utilizar um processador, em que o processador compreende instruções para:

receber (28, 46) informações sobre uma rede de tubulação (14) para fluidos, em que a informação compreende parâmetros de condição de funcionamento (48) e propriedades dos fluidos (50) para pelo menos dois componentes de tubulação na rede de tubulação (14), em que os pelo menos dois componentes de tubulação são identificados por parâmetros geométricos (52);

determinar (32) uma localização de uma região de máxima tensão de cisalhamento (100, 102, 104, 106, 116, 118) causada pelo fluxo na rede de tubulação (14) para cada um de pelo menos dois componentes de tubulações com base nas informações; e determinar uma colocação de um dispositivo de monitoramento de corrosão nos pelo menos dois componentes de tubulação com base na localização da região de máxima tensão de cisalhamento (100, 102, 104, 106, 116, 118), em que cada componente de tubulação é associado (58) a uma ou mais máximas de tensão de cisalhamento (100, 102, 104, 106, 116, 118).

2. MÉTODO (24, 40), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por compreender determinar uma magnitude da região de máxima tensão de cisalhamento (100, 102, 104, 106, 116, 118) para cada um dos pelo menos dois componentes de tubulação.

3. MÉTODO (24, 40), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por determinar a localização da região de máxima tensão de cisalhamento (100, 102, 104, 106, 116, 118) para cada um dos pelo menos dois componentes de tubulação compreender a identificação de uma região que compreende menos de 10% da extensão de cada respectivo componente de

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2/4 tubulação.

4. MÉTODO (24, 40), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por receber informações sobre a rede de tubulação (14) para fluidos compreender receber informações sobre uma orientação relativa dos pelo menos dois componentes de tubulação.

5. MÍDIA LEGÍVEL POR COMPUTADOR, caracterizada por compreender instruções armazenadas, para execução em um computador (18), para:

receber informações sobre uma rede de tubulação (14) para fluidos, em que as informações incluem parâmetros geométricos (52), parâmetros de condição de operação (48) e propriedades dos fluidos (50) para pelo menos dois componentes de tubulação na rede de tubulação (14), em que os pelo menos dois componentes de tubulação são identificados por parâmetros geométricos (52);

determinar uma localização de uma região de máxima tensão de cisalhamento (100, 102, 104, 106, 116, 118) causada pelo fluxo na rede de tubulação (14) para cada um dos pelo menos dois componentes de tubulação com base nas informações; e determinar uma colocação de um dispositivo de monitoramento de corrosão nos pelo menos dois componentes de tubulação com base na localização da região de máxima tensão de cisalhamento (100, 102, 104, 106, 116, 118), em que cada componente de tubulação é associado a uma ou mais máximas de tensão de cisalhamento (100, 102, 104, 106, 116, 118).

6. MÍDIA LEGÍVEL POR COMPUTADOR, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado por compreender um código para determinar a magnitude da região de máxima tensão de cisalhamento (100, 102, 104, 106, 116, 118) para cada um dos pelo menos dois componentes de tubulação.

7. MÍDIA LEGÍVEL POR COMPUTADOR, de acordo com a

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3/4 reivindicação 5, caracterizado por compreender um código para a classificação de uma pluralidade de regiões de máxima tensão de cisalhamento (100, 102, 104, 106, 116, 118).

8. MÍDIA LEGÍVEL POR COMPUTADOR, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo código para determinar a localização da região de máxima tensão de cisalhamento (100, 102, 104, 106, 116, 118) compreender o código para identificar uma região que compreende menos de 10% da extensão de cada respectivo componente da tubulação.

9. MÍDIA LEGÍVEL POR COMPUTADOR, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo código para receber informações sobre a rede de tubulação (14) para fluidos compreender o código para receber informações sobre uma orientação relativa dos pelo menos dois componentes de tubulação.

10. SISTEMA DE MONITORAMENTO DE CORROSÃO, caracterizado por compreender:

um processador, em que o processador é configurado para receber informações sobre uma rede de tubulação (14) para fluidos, em que a informação compreende parâmetros geométricos (52), parâmetros de condição de operação (48) e propriedades dos fluidos (50) para pelo menos dois componentes de tubulação na rede de tubulação (14) e onde o processador está configurado para determinar a localização de uma região de máxima tensão de cisalhamento (100, 102, 104, 106, 116, 118) causada pelo fluxo na rede de tubulação (14) para cada um de pelo menos dois componentes de tubulação com base nas informações;

e em que o processador é configurado para determinar uma colocação de um dispositivo de monitoramento de corrosão nos pelo menos dois componentes de tubulação com base na localização da região de máxima tensão de cisalhamento (100, 102, 104, 106, 116, 118), em que cada

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4/4 componente de tubulação é associado a uma ou mais máximas de tensão de cisalhamento (100, 102, 104, 106, 116, 118).

11. SISTEMA DE MONITORAMENTO DE CORROSÃO, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo processador ser configurado para determinar a magnitude da região de máxima tensão de cisalhamento (100, 102, 104, 106, 116, 118) para cada um dos pelo menos dois componentes de tubulação.

12. SISTEMA DE MONITORAMENTO DE CORROSÃO, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo processador ser configurado para classificar uma pluralidade de regiões de máxima tensão de cisalhamento (100, 102, 104, 106, 116, 118).

13. SISTEMA DE MONITORAMENTO DE CORROSÃO, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo processador ser configurado para identificar a localização da região de máxima tensão de cisalhamento (100, 102, 104, 106, 116, 118) que compreende menos de 10% da extensão de cada respectivo componente da tubulação.

14. SISTEMA DE MONITORAMENTO DE CORROSÃO, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo processador ser configurado para receber informações sobre uma orientação relativa dos pelo menos dois componentes de tubulação.

15. SISTEMA DE MONITORAMENTO DE CORROSÃO, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado por compreender um sensor de corrosão.