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1.
Sesam para Subsea,
Umbilicais, Risers & Flowlines Visão Geral João Henrique Volpini Mattos Engenheiro Naval Regional Sales Manager (South America) Offshore & Maritime Solutions / DNV Software Agosto 2012
2.
Como podemos ajudá-lo
a tomar as decisões certas ? Desenvolvendo produtos para o projeto de ativos e gerenciamento de riscos, deste sua concepção até a desmobilização, nas áreas marítimas, de offshore e de processos industriais © Det Norske Veritas Ltda. Todos os direitos reservados.. Slide 2
3.
DNV Software
DNV Software é uma das unidades da DNV, atuando como sua “software-house” comercial, servindo mais de 5.000 usuários nas áreas marítimas, offshore de indústrias de processo. DNV Software tem cerca de 350 funcionários dedicados ao desenvolvimento, testes, suporte e comercialização de suas soluções. DNV Software é estabelecida em 12 dos 300 escritórios da DNV : Oslo, Londres, Glasgow, Houston, Shanghai, Pequim, Singapore, Pusan, Kaohsiung, Rio de Janeiro, Mumbai e Dubai Mais de 50 anos de experiência no desenvolvimento de software de qualidade baseado no grande conhecimento e expertize da DNV. © Det Norske Veritas Ltda. Todos os direitos reservados.. Slide 3
4.
Áreas de Atuação
da DNV Software Safeti™ Sesam™ Nauticus™ Classificação Risco & Confiabilidade Avaliação Estrutural Marítima & Offshore Synergi - Gestão de Risco, QHSE e Integridade Produtos e soluções líderes no projeto de embarcações e plataformas offshore, análise hidrodinâmica, avaliação estrutural, análise de risco, gerenciamento do ciclo de vida, gerenciamento do processo de projeto e engenharia baseada no conhecimento. © Det Norske Veritas Ltda. Todos os direitos reservados.. Slide 4
5.
Aplicações Subsea © Det
Norske Veritas Ltda. Todos os direitos reservados.. Slide 5
6.
Subsea Umbilicals Risers
Flowlines – SURF © Det Norske Veritas Ltda. Todos os direitos reservados.. Slide 6
7.
A Importância de
um Projeto Adequado Alguns custos típicos : - Perfuração com MODU : USD 700K a 1.4M /dia - Plataforma fixa e topside : USD 400M - Risers e umbilicais : US$ 1.000 a 2.600/m (20 a 50 por projeto) – total típico US$ 150M - Instalação pipelines : US$ 150.000/km - Parada de produção : US$ 60M/dia - Valor do gás dentro dos pipelines de Nord Stream : US$ 80M SURF contribui com 20% do custo de uma instalação de produção. Analise, analise, analise ... antes de construir © Det Norske Veritas Ltda. Todos os direitos reservados.. Slide 7
8.
Utilização do Sesam
no SURF Subsea - GeniE & Usfos para análises estruturais - Simo para operações marítimas Umbilicais e risers flexíveis - DeepC para análise global (ULS & FLS) - UmbiliCAD para desenho da seção transversal - Helica para tensão e fadiga na seção transversal - Vivana para análise de VIV Risers - DeepC para projeto dos risers - Riflex para análise no domínio to tempo - Vivana para análise de VIV Flowlines e pipelines - FatFree para cálculo do free-span de acordo com DNV RP-F105 - StableLines para on-bottom stability de acordo com DNV RP-F109 - DNV-OS-F101 Code Compliance para sistemas de pipeline submarinos - PET (Pipeline Engineering Tool) para projeto preliminar de pipelines - Vivana para análise de VIV © Det Norske Veritas Ltda. Todos os direitos reservados.. Slide 8
9.
Simulação de
Operações Marítimas © Det Norske Veritas Ltda. Todos os direitos reservados.. Slide 9
10.
Operações Marítimas
Atividades não rotineiras de limitada duração, especialmente projetadas : - Load out - Float out, float on/off - Off loading - Lifting, lift off, mating - Towing - Launching, upending, positioning - Riser/umbilical instalation - Transito e posicionamento de semisubs, FPSOs, jackups, etc. Normas e Práticas Recomendadas DNV - DNV-OS-H101 Marine operations, General - DNV-OS-H102 Marine Operations, Loads and Design - DNV-OS-H201 Load Transfer Operations - DNV-OS-H202 Sea Transports - DNV-RP-H101 Risk Management in Marine and Subsea Operations - DNV-RP-H102 Modeling and Analysis of Marine Operations - … © Det Norske Veritas Ltda. Todos os direitos reservados.. Slide 10
11.
Desenvolvido e mantido
pela Marintek. Simo (1) Comercializado pela DNV. Simulação de operações marítimas (comportamento de estruturas flutuantes e cargas suspensas) no domínio do tempo. Características : - Modelação flexível de sistemas multi-corpos. - Simulação não-linear no domínio do tempo. - Carregamento de ambiente (vento, ondas, corrente). - Forças de ancoragem e de posicionamento. - Posicionamento dinâmico. - Forças de acoplamento (guindastes, defensas, etc.). - Dinâmica da zona de splash. Aplicações : - Operações de offloading. - Deck mating, remoção/instalação de módulos. - Operações com guindastes (lifting). - Transferência (offloading) - Instalação de TLPs. © Det Norske Veritas Ltda. Todos os direitos reservados.. Slide 11
12.
Simo (2)
Cálculo do movimento de qualquer número de corpos - Forças “fracas” de acoplamento e engate - Integração das equações de movimento para cada corpo separadamente - Passo máximo de tempo relacionado ao menor período natural Cada corpo tem 3 ou 6 graus de liberdade - Vários modelos de forças Sistemas de posicionamento - Molas - Linhas de ancoragem - Impelidores Acoplamentos - Molas e amortecedores © Det Norske Veritas Ltda. Todos os direitos reservados.. Slide 12
13.
Cidade do
Samba Maracanã Aeroporto Ancoragem Santos Dumont Imagens de Oceânica Engenharia, Consultoria e Projetos Ltda. © Det Norske Veritas Ltda. Todos os direitos reservados.. Slide 13
14.
Desenvolvido e mantido
pela Marintek. Mimosa (1) Comercializado pela DNV. Sistema para análise estática e dinâmica de ancoragem Cálculos no domínio da frequência Cargas ambientais devido a ondas, vento e corrente Movimentos induzidos por ondas Movimentos lentos de flutuação Linhas de ancoragem compostas Movimento transiente após rompimento da linha Estatística não gaussiana Posicionamento dinâmico com impelidores Análise de estabilidade de navios ancorados pelo turret Simulações de longo prazo Cálculo da resposta extrema baseada em Rayleigh Espectro de rajadas de vento API © Det Norske Veritas Ltda. Todos os direitos reservados.. 14
15.
Mimosa (2)
Desvio padrão, período de oscilação médio, valor significativo e máximo esperado, são disponíveis para: - Movimento de qualquer ponto da embarcação no domínio da frequência para os 6 graus de liberdade. - Tensão de ancoragem estática e dinâmica, incluindo a devido ao movimento de deriva lenta. Movimento transiente após ruptura da linha ou falha no impelidor (DP blackout) em termos do tempo versus movimento, tensão, trajetória do movimento, excursão máxima de qualquer ponto da embarcação e tensão máxima de ancoragem. Comprimento de cabo requerido no guincho para mover a embarcação para uma nova posição. Distribuição ótima de tensões. Slide 15 © Det Norske Veritas Ltda. Todos os direitos reservados.. 15
16.
Projeto de
Risers © Det Norske Veritas Ltda. Todos os direitos reservados.. Slide 16
17.
Risers Trecho
da tubulação que fica em suspensão e que faz a transferência de material (hidro- carbonetos, fluidos de injeção, fluidos de controle, gás) entre o leito oceânico e as unidades de perfuração ou produção na superfície. Continuamente sujeitos às ações dinâmicas de ondas, correntes marítimas e movimento da plataforma, tem seu comportamento influenciado pelo grande número de esfor- ços a que são submetidos, sendo considera- dos como uma das partes críticas de um sistema de exploração offshore. Riser rígido Riser flexível © Det Norske Veritas Ltda. Todos os direitos reservados.. Slide 17
18.
Tipos de Análises
Cobertas pelo Sesam ULS - Deflecções, forças, tensões e resultados de code-checks - DeepC (Simo + Riflex) FLS - Fadiga global e refinada - DeepC (Simo + Riflex) VIV - Resposta de frequência e dano por fadiga - VIV cruzado e alinhado - Vivana © Det Norske Veritas Ltda. Todos os direitos reservados.. Slide 18
19.
Desenvolvido e mantido
pela Marintek. Riflex (1) Comercializado pela DNV. Análise estrutural não linear de risers e umbilicais, descrevendo o seu com- portamento global estático e dinâmico. Deslocamento, curvatura, ângulos, esforços resultantes (tensão efetiva, momento fletor e torsor) Estruturas marítimas delgadas - Risers flexíveis, SCR, linhas de ancoragem, umbilicais, tendões de TLP, linhas de reboque, mangueiras de transferência. Recursos - Ondas regulares e irregulares - Recurso para perturbação cinemática - Perfis arbitrários - Efeitos de pressão hidrostática interna e externa - Contato com leito do oceano - Propriedades não lineares de materiais - Formulação do contato Pipe-in-Pipe - Elementos de conexão (rótulas, juntas flexíveis, etc.) © Det Norske Veritas Ltda. Todos os direitos reservados.. 19
20.
Riflex (2)
Desenvolvido pela MARINTEK e SINTEF em cooperação com a NTNU (Norwegian University of Science and Technology) como um JIP. - BP Petroleum Development - Conoco Norway - Esso Norge - Norske Hydro - Saga Petroleum - Statoil Imbatível na velocidade de obtenção da solução diversas configurações de risers Excepcionalmente estável Grande flexibilidade Grande versatilidade para cargas ambientais Opera com grandes massas de dados muito eficientemente Slide 20 © Det Norske Veritas Ltda. Todos os direitos reservados.. 20
21.
VIV – Vibração
Induzida por Vórtices Fenômeno gerado pela oscilação do movimento do fluido devido à criação de uma esteira de vórtices a juzante do corpo. corrente esteira de vórtices © Det Norske Veritas Ltda. Todos os direitos reservados.. Slide 21
22.
VIV – Problemas
Decorrentes Risers e pipelines - Redução da vida útil devido à fadiga. - Aumento na tensão axial. - Aumento nas cargas extremas - Aumento no arrasto SPAR, TLP, Semis, etc. - Aumento no movimento global - Aumento nas tensões das linhas de ancoragem. © Det Norske Veritas Ltda. Todos os direitos reservados.. Slide 22
23.
Desenvolvido e mantido
pela Marintek e NTMU. Vivana Comercializado pela DNV. Cálculo de VIV em estruturas esbeltas sujeitas à correnteza. Extensão opcional do Riflex. Análise estática e dinâmica - Utiliza o modelo e análise estática do Riflex - Utiliza o método de elementos finitos - Propriedades não constantes, tais como diâ- metro e rigidez - Sheared current - Leito marítimo desigual - Resposta 3D Análise de VIV - No domínio da frequência - Carregamento de VIV a partir de coeficientes semi-empíricos baseados em modelos. - Frequências de resposta discretas - Cálculo da amplitude do movimento e amplificação do arrasto - Cálculo de fadiga. © Det Norske Veritas Ltda. Todos os direitos reservados.. Slide 23
24.
Análise Acoplada
TLP Os flutuantes, linhas de ancoragem, risers, e FTL, FLOW TRANSFER LINE constituem um sistema dinâmico integrado que CALM BUOY responde ao vento, corrente e ondas de maneira complexa. FPSO Axial force at two ends of FTL (wave/wind/current_180deg, swell_225deg) end at FPSO end at TLP 4000 4050 4100 4150 4200 (sec) Na análise da resposta dinâmica do flutuante, a análise acoplada leva em conta a restauração, amortecimento e forças inerciais dos outros corpos. O flutuante, ancoragem e risers são resolvidos simultaneamente, com equilíbrio dinâmico em cada passo de tempo. © Det Norske Veritas Ltda. Todos os direitos reservados.. 24
25.
Efeitos do Acoplamento
1) Restauração estática do sistema de posicionamento como uma função do desloca- mento do flutuante. 2) Carga de corrente e seus efeitos na força de restauração do sistema de ancoragem e de risers. 3) Fricção com o leito marítimo (se as estruturas tiverem contato com o fundo). 4) Amortecimento pelos sistemas de ancoragem e risers devido à dinâmica, corren- teza, etc. 5) Contato casco-riser (importante em Spars). 6) Forças adicionais de inércia devido aos sistemas de ancoragem e risers. Análise desacoplada : 1) levado em conta com precisão 2), 4), 6) podem ser aproximados 3), 5) geralmente não são considerados Análise acoplada : Tratamento consistente de todos os 6 efeitos © Det Norske Veritas Ltda. Todos os direitos reservados.. 25
26.
DeepC Ferramenta
para análise acoplada de risers, ancoragem e corpos flutuantes estacionários. Modelagem de estruturas delgadas. Definição e execução de análises no domínio do tempo : – Riflex e Simo para análise acoplada. – Riflex para análise convencional de riser. Pós-processamento estatístico. Análise de fadiga dos risers. Code-checking de carregamento combinado de risers metálicos. © Det Norske Veritas Ltda. Todos os direitos reservados.. 26
27.
DeepC : Propósitos
Análise tradicional do projeto de risers para águas rasas e profundas, desde a modelagem até a análise de fadiga e verificação por normas. Calcular precisamente as respostas das linhas de ancoragem/risers e o movimento da embarcação. Efetuar análise acoplada com vários corpos conectados, cobrindo todos os tipos de layouts de campos. Levar em conta os efeitos de acoplamento : - Forças de restauração não lineares - Amortecimento devido à dinâmica das estruturas delgadas - Carregamento nas estruturas delgadas - Forças de inércia nas estruturas delgadas Servir de pré e pós-processador gráfico para Simo e Riflex. © Det Norske Veritas Ltda. Todos os direitos reservados.. 27
28.
Projeto de
Umbilicais © Det Norske Veritas Ltda. Todos os direitos reservados.. Slide 28
29.
Umbilicais Conjunto
de mangueiras que transportam fluidos hidráulicos, ar comprimi- do, fluidos para injeção química, cabos elétricos, fibra ótica, etc., para acio- namento dos mecanismos de controle dos equipamentos submarinos e monitoramento das caracteristicas do poço. Projeto estrutural : – Avaliação para suportar cargas extremas. – Verificação da vida útil sob condi- ções de carga cíclica. Complicadores : – Deslizamento entre camadas e elementos. – Efeito do desgaste das camadas. – Dano por fadiga. © Det Norske Veritas Ltda. Todos os direitos reservados.. Slide 29
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Projeto de Umbilicais
• Massa e peso submerso • Requisitos funcionais Projeto dos • Rigidez UmbiliCAD • Normas e padrões componentes • Curva de capacidade simplificada Projeto da seção • Rigidez UmbiliCAD transversal • Curva de capacidade simplificada & Helica • Flutuante e umbilicais • Diagrama de dispersão Análise global • Série temporal para cada estado • Análise com e sem acoplamento de mar DeepC e fadiga • Etc. Verificação de capacidade e Helica fadiga © Det Norske Veritas Ltda. Todos os direitos reservados.. Slide 30 30
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Desenvolvido e mantido
pela UltraDeep. UmbiliCAD Comercializado pela DNV. Ferramenta de projeto da seção transversal de umbilicais. Auxilia na geração dos desenhos e curvas de capacidade. Projetos elaborados em horas ao invés de dias. Elimina a necessidade de software de CAD complementar. Helix position : 270.0000 600 500 Total helix stress 400 300 200 Capacity Curve 100 1200 100% Utilisation 1100 80% Utilisation 0 1000 -0.0004 -0.0003 -0.0002 -0.0001 0 0.0001 0.0002 0.0003 0.0004 900 Curvature 800 Tension [kN] 700 600 500 400 300 200 100 0.0 0.0 0.04 0.08 0.12 0.16 0.2 0.24 0.28 Curvature [1/m] © Det Norske Veritas Ltda. Todos os direitos reservados.. 31
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Helica (2) Características
da seção transversal levadas em conta : - Movimento relativo entre camadas/componentes - Fricção, aderência/deslizamento (dependente da tensão) - Histerese do momento fletor x curvatura Análise de fadiga no curto prazo - Avaliação do dano por fadiga em uma condição ambiental de curto prazo, considerando o carregamento em termos de séries temporais de Séries temporais simultâneas de curvatura bi-axial e tensão efetiva (Riflex) produzida pela resposta da análise dinâmica global. - Helica utiliza os resultados do DeepC como a Curvas de capacidade (Helica) resposta no domínio do tempo da análise dinâmica global. Análise de fadiga em longo prazo - Avaliação da fadiga de longo prazo pela acumulaçã de todas as condições de curto prazo. © Det Norske Veritas Ltda. Todos os direitos reservados.. Slide 33
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Projeto de flowlines
e pipelines de acordo com as práticas DNV © Det Norske Veritas Ltda. Todos os direitos reservados.. Slide 34
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OS-F101 Code Compliance
Software de code-check acordo com a norma DNV-OS-F101 “Submarine Pipeline Systems”. Interface Excel. Verificação de conformidade para : – Explosão devido à pressão excessiva nas condições de operação e teste. – Colapso para o pipeline vazio. – Propagação da flambagem para o pipeline vazio. – Carregamento controlado por interação das cargas (momento, força axial e sobrepressão interna/externa) – Deslocamento controlado por interação das cargas (tensão axial e sobrepressão interna/externa). O programa calcula : – A espessura mínima do duto para as condições dadas. – A utilização baseada em uma espessura da parede fornecida pelo usuário. © Det Norske Veritas Ltda. Todos os direitos reservados.. Slide 35
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FatFree Software de
análise do vão livre de pipelines de acordo com DNV-RP-F105 “Free Spanning Pipelines”. Interface Excel. Análise de ULS e FLS devido ao VIV (alinhado e cruzado) criado pela correnteza e carregamento de ondas. Cálculo das tensões de pico de Von Mises. Análise de sensibilidade para altura do vão, trenches, comprimento do vão. Curvas SN da DNV-RP-C203. © Det Norske Veritas Ltda. Todos os direitos reservados.. Slide 36
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StableLines Software de
análise de estabilidade de pipelines sujeitos aos efeitos de onda e correnteza, baseado nos princípios da DNV-RP-F109 “On-Bottom Stability Design of Submarine Pipelines”. Interface Excel. Variação de qualquer parâmetro. Análises múltiplas em uma única execução. Três métodos de estabilidade lateral : – Estabilidade absoluta (nenhum movimento do pipeline). – Estabilidade generalizada com deslocamento de 0,5 OD. – Estabilidade generalizada com deslocamento de 10 OD. Geração de relatórios. Análise de sensibilidade apresentada graficamente. © Det Norske Veritas Ltda. Todos os direitos reservados.. Slide 37
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Pipeline Engineering Tools
- PET PET é um software de análise de projeto preliminar de pipelines, cobrindo diferentes aspectos do projeto. Interface Excel. Verificação da norma DNV-OS-F101. Cálculo da masse e volume. Expansão das extremidades durante a operação e testes. Flambagem. Estabilidade Fadiga Restrições e características do carretel. Tensões, curvatura e momento, distância do ponto de contato à unidade, cálculo da catenária, etc., para instalações em J-Lay e S-Lay. Proteção catódica. © Det Norske Veritas Ltda. Todos os direitos reservados.. Slide 38
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Sesam cobre o
projeto de - Subsea - Operações marítimas - Ancoragem - Umbilicais - Risers - Flowlines e pipelines © Det Norske Veritas Ltda. Todos os direitos reservados.. Slide 39
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Observações Finais
Ferramentas de engenharia Análise estrutural, de pipelines de acordo com operações marítimas as práticas DNV e ancoragem Programmed by DNV Deep Water Technology Open Case Save Case STABLELINES ###### Vers. 1.0 Knut Vedeld (Knut.Vedeld@dnv.com) On-Bottom Stability of Submarine Pipelines Björn Henriksen (Bjorn.Henriksen@dnv.com) Calculate Parametric Runs DNV version Expiry date: 23.02.2009 Release Note Olav Aamlid (Olav.Aamlid@dnv.com) Input file name file Project: Generating Program Date: 06.06.2008 Calculations by NN Output file name file References: Verification of version Verified by NN Input path C:ProjectsOn-Bottom StabilityStableLinesTestInput Return Period Values for Wave and Current Output path C:ProjectsOn-Bottom StabilityStableLinesTestInput Number of directions considered 12 Pipeline data Soil interaction Environmental Direction Hs,1-year Hs,10-year Hs,100-year Tp,1-year Tp,10-year Tp,100-year Uc,1-year Uc,10-year Uc,100-year Parameters (deg) (m) (m) (m) (s) (s) (s) (m/s) (m/s) (m/s) θpipe [deg] 90 ρwater [kg/m3] 1025 Sand s 8 0 8 9 10 9 10 11 0.4 0.5 0.6 Ds [m] 0.9140 ρsteel [kg/m3] 7850 z0 [m] 4.00E-05 zr [m] 0.2 30 8 9 10 9 10 11 0.4 0.5 0.6 tsteel [m] 0.0450 ρconc [kg/m3] 3000 zt [m] - d [m] 40 60 8 9 10 9 10 11 0.4 0.5 0.6 tconc [m] 0.0000 ρcont [kg/m3] 150 zp [m] - θ [deg] - 90 8 9 10 9 10 11 0.4 0.5 0.6 rtot,y - γ 3.3 120 8 9 10 9 10 11 0.4 0.5 0.6 Coating data d50 Tstorm [hrs] 0.5 3 150 8 9 10 9 10 11 0.4 0.5 0.6 Coating thickness [m] Coating Density [kg/m3] rperm,z 1 Stability Criterion 180 8 9 10 9 10 11 0.4 0.5 0.6 tcoat,1 0.0003 ρcoat,1 1300 µ 0.60 .5D Displacement 210 8 9 10 9 10 11 0.4 0.5 0.6 tcoat,2 0.0003 ρcoat,2 900 γs' [N/m3] 10000 τ 1058 240 8 9 10 9 10 11 0.4 0.5 0.6 tcoat,3 0.0024 ρcoat,3 900 γs [N/m3] 12000 sg,operation 1.54 270 8 9 10 9 10 11 0.4 0.5 0.6 tcoat,4 0 ρcoat,4 0 su [N/m2] 7500 d/D - 300 8 9 10 9 10 11 0.4 0.5 0.6 tcoat,5 0 ρcoat,5 0 Gc - γSC - 330 8 9 10 9 10 11 0.4 0.5 0.6 Empty condition ws,operational Design condition for empty pipe Design condition for pipe in operation Necessary weight v.s directions Concrete thickness v.s. density ws,empty Operational 1-year and 10-year RPV Combination 10-year and 100-year RPV Combination condition 10000 0.30 Concrete thickness 8000 Results - Empty pipe Results - Pipe in operation 0.25 6000 0.20 ws 4000 ws [N] 2856 ws [N] 3641 0.15 2000 wnecessary [N] 4858 wnecessary [N] 7802 0.10 0 tconc [m] 0.044 tconc [m] 0.100 0.05 0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 tsteel,added [m] 0.013 tsteel,added [m] 0.030 0.00 directions 1950 2117 2283 2450 2617 2783 2950 3117 3283 3450 ws,vertical [N] 668 ws,vertical [N] 668 Concrete density Análise global, projeto da seção transversal, fadiga e VIV Avaliação de fadiga e VIV © Det Norske Veritas Ltda. Todos os direitos reservados.. Slide 40 40
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Safeguarding life, property
and the environment www.dnv.com © Det Norske Veritas Ltda. Todos os direitos reservados.. Slide 41
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