Eu tenho estudado uma coisa ou outra sobre modelagem pois quero trabalhar com isso no meu doutorado. Por hora, tenho uma vaga ideia do que seja. Hoje trago um exemplo disto, um artigo sobre modelagem da deformação de dutos subterrâneos.

Quem trabalha na área de óleo e gás sabe que dutos são a forma mais comum de transporte destes materiais em terra. Os dutos subterrâneos estão fora do alcance dos elementos, exceto um, terra. A subsidência é um fenômeno geológico comum, causado pela movimentação de camadas da litosfera ou do solo e que pode romper os dutos. Subsidência também pode ser causada por estupidez humana, como má engenharia ou mal uso de recursos do solo como água subterrânea. Zhang et al. criaram um modelo bastante simples de como a subsidência afeta tubulações subterrâneas.

subsidence area
Sinalização nos EUA indicando uma área afetada pela subsidência induzida pela exploração de água subterrânea.

Por essência, um modelo é uma simplificação da realidade. Ele transforma um fenômeno complexo em algo mais simples de compreender, explicar e prever. Um belo exemplo disto é a cinemática do ensino médio. Nela uma das primeiras coisas que aprendemos é sobre a velocidade média de um objeto, que é um modelo bem simples de como prever como qualquer coisa se move.

Para criar um modelo, pesquisadores devem definir as variáveis e as premissas para ele. Quanto mais variáveis mais preciso, porém mais complicado se torna o modelo. Quanto melhores as premissas, mais próximo da realidade ele se torna. Premissas ruins tornam o modelo pouco útil. No modelo da velocidade média nos temos apenas duas variáveis: tempo e espaço. No artigo, os autores descrevem profundidade, composição do solo, diâmetro da tubulações, velocidade de subsidência, fricção do solo e pressão interna da tubulação.

Quanto às premissas, no modelo da velocidade média são aquelas coisas tipo “assuma um objeto de massa desprezível”, “desconsidere a resistência do ar”, “assuma um corpo ideal” e etc… No modelo das tubulações os autores usaram algumas práticas de engenharia e padrões industriais para criar suas premissas. Por exemplo, optaram por modelar em um cubo de 60m x 15m x 10m por uma questão de praticidade.

model basic assumptions
Os fundamentos do modelo: tamanho da tubulação, área modelada, posicionamento e etc…

Feitas as simulações computacionais (essa eu ficarei devendo ;) temos os resultados do modelo que nos mostram o quanto cada variável afeta o conjunto como um todo e como elas interagem. Vejamos:

  • Profundidade: quanto mais profundo menor a deformação. Isso é devido à pressão do solo em torno da tubulação, porém, isso aumenta o quanto a tubulação se curva.
  • Subsidência: a deformação é maior na área de subsidência no que na área adjacente. Isso parece óbvio, mas tem implicações importantes. As deformidades são diferentes em cada uma das áreas.
  • Diâmetro/espessura do cano: quanto maior a espessura da tubulação mais resistente ela se torna, mas somente se a espessura das paredes acompanhar.
  • Composição do solo: o que pesa mais areia ou lama? Os sedimentos finos como lamas e siltes acumulam mais água e são mais compactos, causando uma deformação maior.
  • Pressão interna: para quem achou que a pressão dentro do tubo o tornaria mais resistente (eu), a resposta é outra. A pressão interna tem pouca ou nenhuma influência na deformação.
soil effect
Este é um dos meus gráficos favoritos no artigo. Ele é bem simples e mostra como a composição do solo afeta a deformação das tubulações.

Com isso em mente já é possível fazer um planejamento melhor de onde colocar seus oleodutos.

Referência:
Zhang J, Liang Z, Han CJ (2015) Numerical
Modeling of Mechanical Behavior for Buried Steel
Pipelines Crossing Subsidence Strata. PLoS ONE
10(6): e0130459. doi:10.1371/journal.pone.0130459

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