Indústria

A criticidade do separador de cabo do sensor permanente de fundo de poço da indústria petrolífera

navio-petroleo

Eliabe de Abreu Azevedo1

Bárbara Emília Monteiro Nunes da Silva2

1Pós Graduado em Engenharia de Petróleo, UNESA, Macaé/RJ, BR.

2Pós Dra. em Educação, UNTREF, Buenos Aires, AR; Pós Graduada em Engenharia de Petróleo, FAFIMA, Macaé/RJ, BR

 

RESUMO

Esta pesquisa analisou a operação crítica do separador de cabo PDG (Sensor Permanente de Fundo de Poço) utilizado no trabalho offshore na instalação do sensor de fundo de poço. Este processo apresenta melhorias em sua operação a partir da substituição de instrumentos de corte ultrapassados impondo uma maior velocidade a operação. As análises realizadas demonstram falhas importantes a serem observadas no equipamento e buscam solução de contorno e resolução voltadas para eficiência do processo, além de fomentar as atividades de estudos e pesquisas propondo melhoria constante das atividades, operações e produtos no ramo da exploração e produção de petróleo.

 

Palavras-chave:  Cabos elétricos; PDG; Petróleo; Sensores.

 

 

ABSTRACT

This research has analyzed the PDG (Permanent Downhole Gauge) cable tab critical operation used in the downhole sensor installation in offshore work. This process presents operation improvements from exceeded cutting instruments substitution, imposing a higher velocity to the operation. The analysis accomplished demonstrate important failures to be observed in the equipment and seek workaround and resolution focused on the process efficiency in addition to promote research and study activities proposing constant improvement of activities, operations and products of the oil exploration and production branch.

 

Key-words: Industrial Safety; Learning; Oil Industry; Teaching.

 

 

I- INTRODUÇÃO

Na empresa Empresa Contratante, especializada em serviços técnicos de instalação e manutenção de sistemas elétricos, monitoração e aquisição de dados de poços de petróleo, em uma de suas operações para instalação do Sensor Permanente de Fundo de Poço, foi identificada à necessidade de melhoria no processo de separação dos reforços do cabo elétrico pertinente à atividade realizada.

Neste processo utilizavam-se ferramentas de corte primárias, como facas, estiletes e serras, que traziam risco de acidentes e imperfeições, impactando a qualidade do serviço prestado.

Mediante esta situação, a empresa, desenvolveu um equipamento de corte pneumático para separação da linha principal de seus adjacentes (reforços ou outras linhas), denominado como Separador de cabos. Este desenvolvimento foi realizado através do CIT – Comitê de Inovação Tecnológica para pesquisa e desenvolvimento de novas tecnologias e equipamentos, que se baseia nas experiências ocorridas no campo de trabalho e que geraram oportunidades de melhorias e inovações.

A partir desta inovação, foi possível uma melhoria significativa no processo de instalação e separação do cabo, reduzindo o tempo de operação e aumentando a qualidade e segurança da atividade.

Porém após períodos de utilização do Separador de cabos, foram verificados alguns problemas, como quebra do eixo do equipamento além de oportunidades de melhoria que ao serem aplicadas podem trazer um benefício ainda maior.

1.2     Justificativa

A pesquisa e desenvolvimento de uma empresa podem torná-la competitiva nos serviços comuns a outras empresas e oferecer a capacidade de fornecer serviços diferenciados, pois um dos determinantes decisivos da competitividade é o desenvolvimento de tecnologia e a capacidade de gerenciar e solucionar problemas existentes.

A relevância desta pesquisa se fundamenta no estudo do cenário onde o separador de cabos é empregado, levando em consideração toda a peculiaridade do ambiente de trabalho a bordo de plataformas e navios utilizados no setor de produção e exploração de petróleo, por meio de analises e soluções de melhorias simples, mas que possuam grande impacto positivo na qualidade e segurança do equipamento e dos técnicos que realizam esta atividade.

 

1.3     Objetivos

1.3.1 Geral

Analisar as causas dos problemas identificados, como a quebra do eixo do equipamento, corte de apenas um lado do reforço de cada vez e dificuldades de manuseio devido ao seu peso, verificando a viabilidade técnica e financeira das propostas de melhorias no projeto.

 

1.3.2 Específicos

  • Solucionar o problema da quebra do eixo do separador de cabos;
  • Projetar o modo de corte simultâneo dos reforços do cabo;
  • Identificar opções de materiais que reduzam seu peso, facilitando o seu manuseio.

II- DESENVOLVIMENTO

2.1         Indústria do Petróleo

A partir da descoberta do petróleo e da sua aplicabilidade, ele tem sido de grande importância e utilização. Na antiga Babilônia, região hoje onde se encontra o Iraque, foi utilizado para o assentamento de tijolos. No Egito, já era utilizado na pavimentação de estradas, enquanto na América foi utilizado na decoração e impermeabilização de artefatos cerâmicos. (THOMAS, 2001).

Hoje o petróleo é utilizado em larga escala em vários processos industriais. Além de ser uma das principais fontes de energia do mundo, seus derivados servem como matéria-prima para a fabricação de diversos bens de consumo, tornando sua participação fundamental na economia mundial. (MARIANO, 2001).

Devido a está grande diversidade de produtos e aplicações, o petróleo além de ser essencial para a sociedade e para a economia no provimento de energia e produtos, também possui um extenso mercado de trabalho, contribuindo de uma forma generalizada para o crescimento econômico da sociedade moderna.

A demanda por energia no mercado brasileiro deve crescer, em média, 3,1% ao ano entre 2010 e 2030, quase três vezes mais que a média mundial que é de 1,3% ao ano. (PETROBRAS, 2013).

Segundo o Relatório de Tecnologia da Petrobras, somente nos últimos dez anos, os investimentos em Pesquisa e Desenvolvimento (P&D) cresceram 22,7% ao ano e, em 2012, atingiram US$ 1,1 bilhão. O investimento previsto para o período de 2013 a 2017 é de US$ 236,7 bilhões nas áreas de Exploração & Produção, Abastecimento, Gás e Energia e demais. (PETROBRAS, 2013).

Estes dados se referem apenas à empresa estatal brasileira de petróleo, se forem acrescidos os valores investidos das demais empresas nacionais e internacionais, este valor com certeza será muito maior.

 

2.2         Prospecção

Para se encontrar novas jazidas de petróleo se faz necessário um estudo/pesquisa em uma nova área para posterior análise dos dados gerados, onde é possível identificar quais áreas apresentam as melhores condições para o acúmulo de petróleo. Esse processo é denominado prospecção. (WALISIEWICZ, 2008 apud LEONEZ, 2011).

 

2.3         Perfuração de um Poço de Petróleo

A perfuração de um poço é feita através de uma sonda, que possui a estrutura e os equipamentos necessários para a perfuração. Uma broca é acoplada na extremidade de uma coluna, que através do movimento de rotação e peso da própria coluna realiza a perfuração. Os equipamentos de uma sonda são chamados de sistemas, e cada um tem uma função durante a perfuração de um poço. Os sistemas principais de uma sonda são: de sustentação de carga, de geração e transmissão de energia, de movimentação de carga, de rotação, de circulação, de segurança do poço, de monitoração e o sistema da coluna de perfuração. (THOMAS, 2001).

 

2.4         Completação de um Poço de Petróleo

Após o término da perfuração de um poço, é necessário deixá-lo em condições operacionais de produção, de forma segura e econômica. Ao conjunto de operações destinadas a equipar o poço para a produção de óleo e gás e intervenções, como a injeção de fluidos, denomina-se completação. Quanto ao aspecto técnico e operacional, deve-se buscar melhorar a vazão de produção (ou de injeção) e tornar a completação a mais permanente possível, ou seja, aquela que minimize a necessidade de intervenções futuras para a manutenção do poço. (THOMAS, 2001).

 

2.5         Riscos Econômicos na Exploração e Produção de Petróleo

A indústria do petróleo é capaz de gerar e movimentar recursos financeiros grandiosos, mas existem muitos riscos e incertezas envolvidos também. Precisa-se ter um capital para investimento muito grande, sendo que o retorno deste investimento pode levar vários anos para acontecer fazendo com que a capacidade de avaliação de riscos se torne bastante complicada.

Portanto, todos os projetos e processos precisam ser minuciosamente planejados, testados e executados, pois se perdas significativas ocorrerem, estas podem não somente afetar a economia e integridade financeira de uma companhia, mas como também a de um país inteiro.

 

2.6        Riscos Ambientais na Exploração e Produção de Petróleo

Como dito anteriormente, a atividade da indústria petrolífera tem uma importante participação na economia da sociedade, mas é uma das atividades que mais promovem riscos e degradam o meio ambiente. (JUNIOR, 2005).

Estes riscos provenientes das atividades de exploração e produção de petróleo podem ser identificados como os agentes físicos, químicos, biológicos, ergonômicos e de acidentes/mecânicos que possam trazer ou ocasionar danos tanto ao trabalhador quanto ao meio ambiente. (AQUINO & COSTA, 2011).

Após estas análises de riscos, torna-se totalmente justificável toda a preocupação e investimentos na área tecnológica, em sistemas de segurança cada vez mais robustos e precisos além do aperfeiçoamento nos processos de instalação de equipamento e sensores.

 

2.7         Sistemas de Segurança do Poço de Petróleo

De acordo com Ramesh (2000) apud Oliveira (2004), a segurança operacional visa à minimização dos acidentes operacionais. Para isso se faz necessário que seja planejada com os mais altos padrões de qualidade conhecidos. Um nível aceitável de segurança é caracterizado por programas que previnam os acidentes antes de ocorrerem ou até mesmo em um estágio inicial e não depois de gerado o acidente.

Os investimentos na área de segurança precisam ser altos, pois são extremamente importantes tanto por questões humanas como por questões ambientais e econômicas.

2.8            Monitoração de Pressão e Temperatura de um Poço de Petróleo

Dado a importância dos recursos fósseis para a sociedade, são necessárias ações bem planejadas para que este seja bem gerido. Todo o processo tem de ser devidamente monitorado e controlado, desde a identificação de sua existência à sua extração e processamento. Vários equipamentos, dispositivos, algoritmos e metodologias foram desenvolvidos para que o controle de uma planta de processo seja eficiente. (ROSA et al, 2006).

Rosa et al (2006) prossegue afirmando que entre estes dispositivos de monitoramento, destacam-se os transdutores de pressão e temperatura, pois estas variáveis são vitais para se conhecer o estado físico do poço, sem a qual se torna inviável escolher um método para elevação e produção.

 

2.9         Sensores de Pressão e Temperatura

Os sensores são utilizados principalmente na medição dos reservatórios de produção de petróleo, monitoração de produção entre outros, onde a alta precisão e resolução são de vital importância para o conhecimento das características do poço. (TRANSCONTROL, 2013).

De acordo com a Transcontrol (2013), os transdutores são divididos em duas áreas de atuação, transdutores de cabeça de poço e de fundo de poço, como seguem abaixo:

a)      O transdutor de fundo de poço é conhecido como PDG (Permanent Downhole Gauge – Sensor Permanente de Fundo de Poço), que pode conter um sensor de quartzo piezoelétrico ou um sensor de cristal de quartzo que é mais preciso ao medir os valores de pressão e temperatura.

b)      Os transdutores de cabeça de poço são divididos em duas categorias:

•        TPT (Transmissor de Pressão e Temperatura) – Capaz de medir pressão e temperatura.

•        PT (Transmissor de Pressão) – Capaz de medir apenas pressão.

Os sistemas de monitoramento permanente de fundo poço (PDG) constituem uma alternativa eficiente para a gestão dos reservatórios. Com este sistema é possível analisar o desempenho do reservatório em tempo real, o que melhora a produtividade, reduz os custos operacionais e aumenta o fator de recuperação e segurança. Os sensores realizam medições discretas ou múltiplas de pressão e temperatura. Este sistema de monitoramento pode ser utilizado tanto para poços produtores quanto para poços injetores. (LUPATECH, 2013).

 

2.10         Cabos elétricos mais Utilizados na Instalação do PDG

O cabo elétrico detém uma grande parcela da confiabilidade na instalação de um PDG, pois dele vem à responsabilidade de fornecer o sinal coletado pelo sensor até a central de controle. Apesar de o cabo poder vir equipado com uma série de adjacentes, tais como anéis de reforço, que servem apenas para aumentar a resistência mecânica do cabo, e linhas de injeção, que são utilizadas para acionamento hidráulico de equipamentos, o elemento mais importante está localizado em seu eixo central, denominado “line”. O line é composto por um tubo de proteção, preenchido com isolante e um filtro dielétrico que são responsáveis pela proteção do fio de cobre central, local onde trafega os dados requisitados.

Este estudo se baseará nos seguintes tipos de cabos elétricos:

a)      Cabo Tipo 1

Cabo 14 mm x 36 mm contendo um sinal e dois anéis de reforço para ancoragem.

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A – Tubo de proteção de INCONEL 825 tipo 316SS com 1/4″ e resistência até 15000 PSI.

B – Fio condutor de cobre 18 AWG.

C – Isolamento com 0,08 mm de diâmetro.

D – Filtro dielétrico.

E – Reforço de cabos de aço galvanizado trançado.

F – Polímero para proteção geral.

b)      Cabo Tipo 2

Cabo 14 mm x 36 mm contendo um sinal, um anel de reforço para ancoragem e uma linha de injeção.

 

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A – Fio condutor de cobre 18 AWG.

B – Tubo de proteção de INCONEL 825 tipo 316SS com 1/4″ e resistência até 15000 PSI.

C – Isolamento com 0,08 mm de diâmetro.

D – Filtro dielétrico.

E – Linha de injeção.

F – Reforço de cabos de aço galvanizado trançado.

G – Polímero para proteção geral.

2.11         Reforço do Cabo Elétrico

As trocas ou reparos desses cabos raramente ocorrem, mesmo que ocorram avarias sofridas por inúmeras causas. Isto se deve ao fato de que esses cabos, assim como os sensores, são de difícil acesso e possuem alto custo de manutenção. Logo, é fundamental que os mesmos possuam reforços que evitem danos e prejuízos à operação de instalação e proporcionem funcionamento adequado durante a produção. (AGGREY; DAVIES, 2007).

O reforço e os materiais utilizados no cabo visam o aumento da resistência mecânica do cabo contra colisões, vibrações, agressões químicas, bem como evitar danos devido à exposição elétrica e térmica durante a instalação e produção. Este reforço provê proteção adicional aos cabos. (SCHLUMBERGER, 2005).

 

2.12         Remoção dos Reforços do Cabo Elétrico

Na ligação interna do cabo elétrico do PDG, devido à falta de espaço interno na coluna de sustentação e no mandril, o cabo não pode conter os reforços laterais, sendo necessária a sua remoção. (EMPRESA CONTRATANTE, 2013).

Este processo de separação é realizado através de um equipamento pneumático conhecido como separador de cabos. Esta remoção é realizada no momento da instalação, a bordo da plataforma ou sonda.

 

2.13         Separador de Cabo do PDG

De acordo com a Empresa Contratante (2013), o separador de cabos, em destaque na figura 3, é uma ferramenta de corte que realiza a separação dos cabos de aço e/ou linhas de injeção que agem como reforço da estrutura ou linha adicional do cabo elétrico do sensor permanente de fundo de poço (PDG).

Este equipamento foi desenvolvido com base na experiência operacional para manuseio, qualidade e tempo de corte, eliminando o uso de objetos cortantes como facas, estiletes e serras, que traziam riscos de acidentes para os técnicos responsáveis pela operação além de apresentar imperfeições no corte.

Na figura 3 é mostrado o modelo do equipamento de separação de cabo, sendo a primeira imagem com o separador de cabo fechado, posição em que ele é utilizado, e na segunda imagem com o equipamento aberto, possibilitado visualizar os detalhes de corte, posição para acoplamento do cabo.

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O sistema de separação do cabo do PDG é altamente seguro, evitando o uso de estiletes, serras e instrumentos de corte que podem atingir diretamente as mãos dos operadores. É todo feito em materiais resistentes à corrosão atmosférica e seu projeto considera a utilização de cabos de diversos tamanhos e formas.

Suas principais características são: (EMPRESA CONTRATANTE, 2015)

a)      Dispensa o uso de ferramentas manuais de corte como estiletes, serras e afins;

b)      Acionamento pneumático ou manual;

c)      Facilita a preparação do cabo no sensor permanente de fundo de poço;

d)      Reduz o esforço realizado pelo técnico, pois o acionamento é feito de forma automática pelo motor pneumático;

e)      Permite o uso com diversos cabos diferentes e de diversos fabricantes.

Cabos Suportados:

a)      14 mm x 36 mm – Condutor com dois reforços de aço;

b)      14 mm x 36 mm – Condutor com reforço e linha de injeção;

c)      14 mm x 36 mm – Condutor com duas linhas de injeção;

d)      14 mm x 44 mm – Condutor com dois reforços e linha de injeção.

O corte para a separação do reforço do cabo é feito de um lado de cada vez, corta-se primeiro um lado, inverte a posição do separador, e então é feio o corte do outro lado do cabo.

Muitas vezes se faz necessário cortar dezenas de metros de reforço do cabo elétrico, e devido a esta limitação, o tempo de corte poderia ser reduzido à metade, levando-se em consideração a hipótese de caso o separador de cabos fizesse o corte dos dois lados ao mesmo tempo.

III- MATERIAIS E MÉTODOS

Para o estudo das causas da quebra do eixo do equipamento onde é acoplado o cabo para corte, foi fornecido pela Empresa Contratante o eixo danificado, o relatório de análise de falhas e as especificações do projeto.

A verificação da viabilidade técnica para implementar o corte simultâneo dos reforços do cabo e analisar as causas dos danos na estrutura do equipamento, foi utilizado além do equipamento, relatos dos técnicos responsáveis pelo serviço de instalação e especificações do projeto.

As pesquisas realizadas para sugerir a alteração de materiais, foram feitas a partir de literaturas decorrentes ao assunto e especificações fornecidas por fabricantes dos materiais.

Para complementação e auxílio nas atividades de investigação, análise e possíveis soluções serão utilizadas ferramentas computacionais para modelar, simular e averiguar de forma minuciosa os dados recebidos e gerados durante todo o estudo deste trabalho.

 

3.1     Tipo de pesquisa

Esta pesquisa tem como objetivo gerar conhecimentos para aplicação prática direcionados a uma solução para problemas específicos, envolvendo verdades e interesses locais. (SILVIA & MENEZES, 2001).

Quanto ao método utilizado para a realização da pesquisa, foi escolhido o método hipotético-dedutivo. De acordo com Gil (2009), é o método que propõe trabalhar com hipóteses visando formular conclusões na tentativa de explicar a realidade.

Quanto aos objetivos pretendidos, a pesquisa foi classificada como descritiva, tendo por base a atuação prática, em que os fatos foram observados, registrados, analisados e interpretados. Segundo Sampieri; Collado; Lucio (2006) na pesquisa descritiva o objetivo é descrever situações e acontecimentos manifestados sobre determinado fenômeno. Assim, o ambiente natural é a fonte direta de coleta de dados e a interpretação dos fenômenos faz parte do processo de pesquisa (SILVIA & MENEZES, 2001). A pesquisa ocorreu a partir da observação do processo de instalação do cabo elétrico do PDG a bordo das unidades marítimas de exploração e produção de petróleo. Isto gerou insumo suficiente para análise de dados para a identificação das causas dos problemas e verificação da possibilidade de implementação das possíveis soluções.

Quanto ao momento de coleta de dados, o estudo foi realizado de forma longitudinal, levando em consideração que os dados foram coletados ao longo do tempo. Ainda de acordo com Sampieri; Collado; Lucio (2006), na pesquisa longitudinal o objetivo é realizar conclusões partindo da relação causa e efeito.

Quanto à manipulação das variáveis, a pesquisa teve por base o estudo considerado experimental, pois neste estudo, foram selecionadas variáveis capazes de influenciar o objeto de estudo, definindo as formas de controle e de observação dos efeitos que a variável produz no objeto. (GIL, 1991 apud SILVIA & MENEZES, 2005). Foi analisado o equipamento, o eixo quebrado, as tensões de trabalho e feito modelagem em programa computacional de CAD (Computer-Aided Design – Desenho Assistido por computador) 3D para a simulação das soluções.

Quanto aos procedimentos de coleta e análise de dados, as pesquisas utilizadas neste estudo foram classificadas em bibliográfica, documental e estudo de caso, propondo um enfoque qualitativo. De acordo com Gil (2009), o estudo de caso é um estudo empírico que tem como foco investigar um fenômeno atual dentro do seu contexto real. Destarte, esta pesquisa é qualitativa, pois visa identificar os fatores que determinam ou contribuem para a ocorrência dos fenômenos (GIL, 1991 apud SILVIA & MENEZES, 2005). Para isso, foram utilizados relatórios técnicos de análise das tensões de trabalho sobre o equipamento, além dos relatos dos técnicos envolvidos nos processos de instalação do cabo elétrico do PDG.

 

IV- RESULTADOS E DISCUSSÕES

4.1      Análise dos resultados e discussões

4.1.1  Análise da Quebra do Eixo do Separador de Cabos

Segundo o laudo técnico gerado pela empresa Empresa Contratante, o separador de cabo pneumático que estava em operação na sonda-submersível SS-60, falhou após trabalhar separando um total de 30 m de cabo de PDG tipo 1. O técnico que utilizava o equipamento relatou que o equipamento estava com dificuldade para realizar o corte, fazendo-o de forma lenta até que parasse de tracionar o cabo contra as lâminas. Porém, como o motor continuava a trabalhar normalmente, percebeu-se que o eixo não estava sendo acionado. Fato confirmado após a desmontagem do equipamento, constando que o eixo encontrava-se partido.

Na figura 4 abaixo é possível ver o separador de cabo e o eixo danificado, partido devido à tensão cisalhante durante o tracionamento do cabo.

 

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Após o desembarque do container CT-4 da empresa Empresa Contratante, a máquina danificada foi avaliada para definir as causas do problema. A mesma foi totalmente desmontada e modelada num software de CAD para análise por FEA (Finity Element Analysis – Análise de Elementos Finitos).

A análise FEA realizada, se baseia na teoria da plasticidade por meio de cálculos de efeitos de tensões aplicando a teoria de Ludwig von Mises. Para isto, o software gera uma malha de cada componente que forma equipamento, para que seja possível uma análise completa de esforços, tensões e deformações submetidas ao objeto de estudo.

 

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Após gerar a malha, o software executa um cálculo em cada nó desta malha com base no funcionamento do equipamento, sendo assim possível quantificar todos os esforços, tensões e deformações aplicadas sobre estes pontos e identificar precisamente os seus locais de atuação.

As variáveis que devem ser obrigatoriamente informadas ao software são:

- Modelo CAD do equipamento.

- Material de cada componente do equipamento.

- Posicionamento de cada componente, formando uma montagem do equipamento final.

- Modo de funcionamento.

Na figura 6(a) observa-se no detalhe o interior do separador de cabo com a Lâmina de corte (item 1), eixo (item 2) e dentes tracionadores (item 3). Na figura 6(b) a mesma vista é apresentada modelada em 3D, adicionando-se apenas a ilustração do posicionamento do cabo no equipamento (item 4).

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Outro fator que foi observado na análise, foi a alteração da altura original de todos os tipos de cabo PDG. Esta altura era de 13 mm quando o separador foi projetado, mas devido à requalificação da norma, esta altura foi alterada para 14 mm.

Com base nas propriedades dos elementos utilizados na construção do separador e do próprio cabo, foi desenvolvida uma simulação FEA para estipular os esforços sofridos pelo eixo. O eixo utilizado no equipamento era do tipo AISI D6, já o cabo PDG tipo 1 é constituído por uma camada de polímero composta por POLIETILENO.

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É possível observar na tabela de solução do software na parte de resultados, representada pela coluna “RESULTADO”, que a tensão máxima gerada é de 675,85 MPa e que esta tensão ocorre sobre o eixo do separador. Tendo estes dados, foi possível constatar que, a tensão gerada pelo cabo sobre o eixo exposto na tabela 3 excede ao limite de escoamento do material do eixo exposto na tabela 1. Logo, esta tensão causou um esforço que levou o eixo à falha.

 

4.1.2  Proposta de solução para o problema de quebra do eixo

Como houve uma alteração na altura padrão dos cabos, foi feita uma análise de interferências através de um software CAD, constatando que o cabo sofre uma interferência total de 4,72 mm, sendo 2,36 mm em cada dente tracionador, conforme ilustrado na figura 7.

 

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Após esta análise, chega-se à conclusão que para resolver este problema podem ser tomadas duas decisões:

  • Alterar o diâmetro do dente tracionador
  • Alterar o material do eixo

Na proposta de alteração do diâmetro do dente tracionador, foi efetuado um ajuste de 21 mm para 19 mm no diâmetro externo do tracionador, com isto, a interferência total passou a ser de 3,18 mm, sendo 1,59 mm em cada dente tracionador; diminuindo, assim, a tensão causada pelo cabo sobe os dentes tracionadores, e consequentemente, sobre o eixo.

Na figura 8, observa-se o desenho com o detalhamento do eixo à esquerda, e a redução de interferência entre o cabo e os dentes tracionadores à direita.

 

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Já na proposta de alteração do material do eixo bastou selecionar um material que tenha seu escoamento maior que o stress gerado pelo cabo. Neste caso, escolheu-se o AISI 420 temperado. Após a escolha de um novo material, foi efetuado um novo teste de FEA obtendo uma resistência acima da tensão gerada pelo cabo, evitando, portanto, a falha do eixo.

 

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Porém, conforme pode ser observado na tabela acima, a tensão de escoamento do material sugerido pela empresa está abaixo da tensão exercida sobre o eixo no pior caso, ou seja, com os dentes tracionadores sem um redimensionamento adequado, neste caso o eixo deixaria de falhar de imediato, porém continuaria a sofrer deformações plásticas, deformações tais que atrapalham o rendimento do equipamento. Assim sendo um novo material foi considerado como mais adequado. Foi sugerido o AISI 4130 – Temperado, pois possui uma tensão de escoamento superior a tensão exercida sobre o eixo, evitando assim falha e deformações no mesmo mantendo-o na fase elástica do material.

 

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4.1.3     Melhoria a partir da implementação do Corte Simultâneo dos Reforços do Cabo

Analisando todo o processo de separação do cabo, pode ser percebido que existe um gasto de tempo desnecessário no processo, pois o separador é capaz de separar apenas um lado por vez do cabo, fazendo-se necessário gastar o dobro de tempo para que seja possível separa ambos os lados do cabo. Pensando nisto, foi elaborada uma solução para que o trabalho de separação fosse mais eficaz removendo ambos os lados do cabo de uma só vez, reduzindo a metade o custo de homem hora e tempo de operação.

Para isto, a empresa Empresa Contratante cedeu uma pequena amostra do cabo PDG tipo 1, permitindo uma análise de caso mais profunda. Com auxilio de um paquímetro foram aferidas as dimensões reais do cabo possibilitando então a criação de um modelo CAD mais próximo da realidade.

Na figura 9 observa-se um modelo real do cabo utilizado para desenvolvimento e implementação do corte simultâneo, enquanto a figura 10 mostra-se o cabo modelado em software de CAD 3D para simulação no novo projeto do separador de cabo com corte duplo idealizado pelo estudo deste trabalho.

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Em posse do cabo e do seu modelo em CAD, foi possível efetuar um estudo metrológico do cabo com maior rigor, permitindo um melhor posicionamento das lâminas, facilitando assim a operação de corte e evitando o desgaste precoce das lâminas por contato com os corpos metálicos dos elementos a serem separados. A partir deste estudo, foi elaborado um modelo CAD inicial que permitisse esta ação de remoção dupla.

A figura 11 mostra a concepção do projeto de corte simultâneo. Foram adicionadas mais duas lâminas, formando dois pares de corte. Como a tensão de cisalhamento não é alterada sobre o eixo, pois a mesma está diretamente ligada ao esforço existente entre os dentes tracionadores e o eixo, sendo este problema solucionado no item anterior, não será necessário nenhuma intervenção ou alteração no eixo, dentes tracionadores ou na estrutura do separador de cabo.

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Porém, antes de realizar o detalhamento do projeto para que o mesmo fosse implementado na fabricação do separador de cabo, foi realizada uma consulta à empresa para expor o projeto e de como seria realizada esta nova concepção, além de receber uma autorização prévia para o prosseguimento do projeto. A conclusão da viabilidade técnica será abordada no tópico de conclusões deste trabalho.

 

4.1.4     Análise do Equipamento em Relação ao seu Peso

O ambiente offshore é considerado de grandes riscos, tanto para as pessoas como para os equipamentos, devido à característica de grande utilização de equipamentos de grande porte, intensa movimentação de cargas e utilização de diversos tipos de ferramentas de trabalho. Por esse motivo, o separador de cabo também está sujeito aos riscos deste ambiente, podendo sofrer quedas, pancadas e desgastes durante a operação. Além destes fatores de risco, a redução do seu peso facilitaria o manuseio por parte dos técnicos.

Segundo a Empresa Contratante, o material utilizado na fabricação da estrutura do separador de cabo é o AISI 4140.

O aço AISI 4140 é uma liga metálica bastante utilizada em diversas aplicações da indústria, possui elevada tenacidade e boa capacidade de encruamento. Normalmente é utilizado em aplicações onde requer boa resistência a deformações. (CORRÊA & SCHAEFFER, 2013)

O problema apresentado foi devido principalmente à dificuldade de manuseio por longos períodos de tempo, pois sua operação é manual, e com a redução do peso facilitará a sua utilização.

Depois de realizada extensa pesquisa sobre materiais utilizados em meios considerados de grandes riscos como o offshore, que é o ambiente de estudo deste trabalho, chegou-se a conclusão que o material que melhor se adapta às exigências de utilização é o ALUMÍNIO 6061, também conhecido como alumínio naval ou marítimo.

As características do alumínio permitem que ele tenha grande diversidade de aplicações. Produtos que utilizam o alumínio ganham também competitividade, em função dos inúmeros atributos que este metal incorpora. (ALUMICOPPER, 2013).

O ALUMÍNIO 6061 possui alta resistência mecânica, resistência à corrosão, boa conformabilidade e soldabilidade, além de ser mais leve, apresentando ótima relação peso x resistência. (ALUMICOPPER, 2013).

As tabelas 6, 7 e 8 a seguir, mostram as diversas características do alumínio 6061 que foram determinantes para a escolha de sua utilização.

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V- CONCLUSÃO OU CONSIDERAÇÕES FINAIS

5.1 Quebra do Eixo do Separado de Cabo

Estas soluções de substituição do material do eixo para AISI 4130 – Temperado e redução dos dentes tracionadores, foram aceitas e implementadas na fabricação do separador de cabo, estão na fase de testes e até o momento não houve mais relatos de problemas de quebra do eixo durante a operação.

Conclui-se então que a investigação, coleta de dados e análises dos resultados precisam ser realizados de forma criteriosa. A solução proposta neste trabalho, apesar de aparentar simplicidade, se justifica pelo grande benefício proporcionado à operação, aos técnicos, às empresas e aos seus clientes.

 

5.2     Corte Simultâneo dos Reforços do cabo

Após consulta realizada a empresa Empresa Contratante para apresentação deste projeto e ao corpo de técnicos que utilizariam este equipamento, os mesmos inviabilizaram esta modificação.

A empresa alegou que os acréscimos no valor de projeto do equipamento e das peças que seriam usinadas em maior quantidade, não justificariam os benefícios, pois se separa em uma operação, pequenas distâncias do cabo.

O corpo de técnicos inviabilizou este projeto alegando que seria impossível trabalhar com os diferentes tipos de cabos, devido às pequenas diferenças existentes em relação à distância entre os componentes internos dos cabos, como a inserção de uma linha de injeção juntamente ou não com os reforços laterais.

Entretanto fica aqui neste trabalho registrado, uma oportunidade de melhoria futura, podendo-se trabalhar com lâminas móveis, por exemplo, possibilitando o corte duplo com todos os tipos de cabo disponíveis e qualificados.

 

5.3     Redução do peso do equipamento

A alteração de material da estrutura do equipamento foi aceita e implementada pela empresa. Apesar do pequeno aumento no custo de fabricação, pois o alumínio 6061 é um pouco mais caro que o aço liga AISI 4140 e tem usinabilidade um pouco inferior. A grande melhoria trazida ao equipamento devido a sua maior durabilidade e melhor manuseio, justificou este aumento no custo de fabricação.

5.4     Considerações Finais

Neste trabalho foram sugeridas soluções que apresentaram grande eficiência nos fatores abordados, além de fomentar as atividades de pesquisas científicas no processo de melhoria constante dos processos e produtos no ramo da exploração e produção de petróleo.

A alteração no projeto dos dentes tracionadores e a alteração do material do eixo foram eficazes na solução da sua quebra durante a operação. Enquanto a alteração do material da estrutura do equipamento trouxe uma qualidade no processo pelo fato de facilitar o manuseio por parte dos técnicos.

Foi gerado insumos para futuras pesquisas através do projeto de corte simultâneo dos reforços do cabo. No projeto original e no projeto idealizado por este trabalho, as lâminas de corte são fixas, mas um projeto para utilização de lâminas móveis e ajustáveis pode ser desenvolvido com base neste estudo.

Apesar de gerar benefícios na qualidade e segurança imediatos, o impacto destas soluções e melhorias só poderá ter seu real valor mensurado ao longo do tempo, com o prosseguimento das atividades e com o monitoramento do desempenho do equipamento de separação de cabo e consequentemente do processo de instalação do cabo elétrico do PDG de uma forma geral.

Através deste estudo, foi possível perceber que ao se dedicar a pesquisa e ao desenvolvimento de soluções tecnológicas, a empresa aumenta sua capacidade de fornecer serviços de qualidade e diferenciados, fatores determinantes e decisivos para a competitividade, além de contribuir para uma maior rentabilidade dos serviços prestados.

De forma geral, pode-se concluir que este trabalho foi de grande valor técnico e acadêmico, pois apresentou estudos, análises e soluções para problemas específicos além de fornecer informações e sugestões para futuros trabalhos.


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