Associação do método dos elementos de contorno a um algoritmo híbrido para análise inversa de elasticidade em dutos

Abstract

Resumo: O transporte do petróleo e gás constitui uma importante etapa na cadeia produtiva do setor petrolífero e os dutos desempenham um papel fundamental como meio de transporte, interligando portos, refinarias, áreas de produção e centros consumidores. Tendo em vista a importância dos dutos, este trabalho teve como objetivo desenvolver duas ferramentas que realizam uma análise inversa para obtenção de condições de contorno e da localização onde atuam. Essa análise inversa é feita por meio de um processo de otimização tendo como restrições as informações obtidas de monitoramentos distribuídos no duto que, neste trabalho, são simuladas por meio de uma análise direta. A modelagem numérica desenvolvida consistiu na resolução de dois problemas: um problema direto, no qual o Método dos Elementos de Contorno (MEC) é usado para obtenção dos deslocamentos e forças de superfície distribuídas na estrutura; e um problema inverso, no qual dois modelos de otimização foram realizados através do desenvolvimento de duas ferramentas. A primeira utiliza o método dos Algoritmos Genéticos (AGs), minimizando os resíduos entre as deformações relativas calculadas e "monitoradas" até que se obtenha a configuração que satisfaça os valores impostos como referência. A segunda possui uma abordagem híbrida na qual associa os Algoritmos Genéticos com o Método de Newton-Raphson (MNR) para a realização da análise inversa. As ferramentas se mostraram eficientes apresentando resultados aproximados dos esperados, porém o Método Híbrido (MH), comparado com o de uso apenas do Algoritmo Genético (AG), exigiu um menor custo computacional e apresentou resultados com maior rapidez e precisão. Esse estudo poderá contribuir na verificação da integridade da estrutura, na previsão de possíveis consequências como vazamentos e no auxílio na tomada de decisão sobre operacionalidade de dutos. Palavras-chave: Método dos Elementos de Contorno, Elasticidade, Algoritmo Genético, Análise Inversa, Método de Newton-Raphson.

Abstract: The transportation of oil and gas is an important step in the oil industry's and the pipelines play a key role as a means of transportation, interconnecting ports, refineries, production areas and consumer centers. Considering the importance of the pipelines, this work had the objective of developing two tools that perform an inverse analysis to obtain contour conditions and their location. This inverse analysis is done by an optimization process having as restrictions the information obtained from monitoring distributed in the pipeline that, in this work, are simulated through a direct analysis. The numerical modeling developed consisted of solving two problems: a direct problem in which the Boundary Element Method is used to obtain the displacements and surface forces distributed in the structure; and an inverse problem, in which two optimization models were realized through the development of two tools. The first one uses the Genetic Algorithm Method, minimizing the residuals between the calculated and monitored relative deformations, until the configuration that satisfies the values imposed as reference is obtained. The second has a hybrid approach in which it associates the Genetic Algorithms with the Newton-Raphson Method for performing the inverse analysis. The tools proved to be efficient with approximate results, but the Hybrid Method, compared to the use of the Genetic Algorithm alone, required a lower computational cost and presented results with greater speed and accuracy. This study may contribute to the verification of the integrity of the structure, the prediction of possible consequences such as leaks and the aid in decision making on pipeline operability. Keywords: Boundary Element Method, Elasticity, Genetic Algorithm, Inverse Analysis, Newton- Raphson Method.