BRPI0713205A2

BRPI0713205A2 - mangueira compreendendo corpo tubular de material flexìvel

Info

Publication number: BRPI0713205A2
Application number: BRPI0713205-0A
Authority: BR
Inventors: Joel Aron Witz; David Cox; Gerard Anthony Hall
Original assignee: Bhp Billiton Petroleum Pty Ltd
Priority date: 2006-06-29
Filing date: 2007-06-29
Publication date: 2012-04-10
Also published as: CN101542178A; NO339156B1; WO2008001114A1; EP2041466A1; GB0612991D0; JP2014052079A; EP2041466B1; JP2009542982A; EA200970070A1; ES2425238T3; SG173325A1; AU2007263594A1; AU2007263594B2; EA014577B1; MY161828A; NO20085293L; JP5746822B2; CA2656250A1; US8356636B2; CA2656250C

Abstract

MANGUEIRA COMPREENDENDO CORPO TUBULAR DE MATERIAL FLEXìVEL. Mangueira compreendendo um corpo tubular (12) de material flexível arranjado entre uma tela interna e externa enrolada helicoidalmente, o corpo tubular servindo para transportar fluidos através da mangueira e evitar que os fluidos vazem através do corpo tubular, o corpo tubular compreendendo camadas de reforço e seladora, e adicionalmente compreendendo tiras de reforço axiais 20 que se estendem ao longo da extensão da mangueira.

Description

"MANGUEIRA COMPREENDENDO CORPO TUBULAR DE MATERIAL FLEXÍVEL".

A presente invenção se relaciona a mangueiras, e mais particularmente a mangueiras tendo uma maior resistência axial, mais particularmente se relaciona a mangueiras que possam ser usadas em condições criogênicas. Aplicações típicas para mangueira compreende bombear fluidos a partir de um reservatório sob pressão. Exemplos incluem alimentar óleo ou gás para aquecimento doméstico a um boiler; transportar líquidos e/ou gases de campos de petróleo a partir de uma plataforma de produção ou flutuante para um navio tanque, ou de um navio tanque para uma facilidade em terra, reabastecer carros de corrida, especialmente carros de Fórmula 1 em corridas, e transportar fluidos corrosivos, tal como ácido sulfúrico. É bem conhecido o uso de mangueiras para transportar fluidos, tal como gás liqüefeito de petróleo em baixas temperaturas. Tais mangueiras normalmente são usadas para transportar gases liqüefeitos, tal como gás liqüefeito de petróleo e gás liqüefeito de propano.

Para a mangueira ser suficientemente flexível, em uma dada extensão, a mesma deve ser feita, pelo menos parcialmente, a partir de materiais flexíveis, ou seja, materiais não-rígidos.

A estrutura da mangueira geralmente compreende um corpo tubular de material flexível arranjado entre telas de retenção interna e externa enroladas helicoidalmente. Convencionalmente, duas telas devem ser enroladas com mesmo passo, mas com enrolamentos deslocados de uma distância que compreende meia largura de passo. O corpo tubular compreende tipicamente camadas interna e externa e uma camada seladora sanduichada entre elas. As camadas interna e externa conferem à estrutura resistência para condução de fluido. Convencionalmente, as camadas interna e externa do corpo tubular compreendem camadas de tecido feitas de um poliéster, tal como tereftalato de polietileno. A camada seladora intermediária provê uma selagem a prova de fluido, para evitar que o fluido penetre na mangueira, que tipicamente é um filme polimérico.

As telas de retenção são tipicamente aplicadas sob tensão em torno das superfícies interna e externa do corpo tubular. As telas de retenção atuam primariamente de modo a preservar a geometria do corpo tubular. Ademais, a tela externa pode atuar de modo a restringir uma excessiva deformação circunferencial da mangueira em alta pressão.

As telas interna e externa também atuam de modo a restringir o esmagamento da mangueira.

Uma mangueira geralmente deste tipo está descrita na Publicação de Pedido de Patente Europeu No 0076540A1.

A mangueira descrita nesta especificação inclui uma camada intermediária de polipropileno bi-axialmente orientada, com vista a melhorar a condição de a mangueira resistir à fadiga provocada por flexões repetidas. Outra mangueira está descrita na GB 22.2381.717A.

A mangueira descrita nesta publicação é uma mangueira de compósito compreendendo um núcleo metálico interno helicoidal, uma pluralidade de camadas de fibras de material plástico enrolada em torno do núcleo, pelo menos uma camada de tecido de vidro, e camadas de folha de alumínio dispostas adjacentes, e enroladas no material plástico, e um formador metálico helicoidal externo. Esta mangueira é adequada para transportar combustíveis e óleos inflamáveis. Várias melhorias introduzidas na mangueira de compósito estão descritas em nossas WO 01/96772, WO 2004/044472, e WO 2004/079248, cujos conteúdos estão incorporados nesta por referência.

Outra mangueira está descrita na US 3.856.052. De modo amplo, prove-se um meio de reforço axial para mangueiras, com que a mangueira pode suportar uma tensão axial maior que aquela anteriormente possível, no entanto, sem transmitir outras propriedades que afetem a mangueira.

De acordo com um primeiro aspecto da presente invenção, provê-se uma mangueira compreendendo um corpo tubular feito de material flexível disposto entre membros de aperto interno e externo, sendo que a mangueira, ademais, compreende um meio de reforço axial, que é projetado para reduzir a deformação do corpo tubular, quando o mesmo é submetido a uma tensão axial, sendo que o meio de reforço compreende uma pluralidade de tiras de reforço axiais, que se estendem ao longo da extensão da mangueira.

Com este arranjo, o meio de reforço axial aumenta a capacidade de a mangueira suportar tensões axiais. Adicionalmente, os materiais do corpo tubular e do meio de reforço axial são vantajosamente compatíveis, de modo que atuem de modo similar durante operação, de modo que nenhum componente isolado seja submetido a uma tensão ou esforço excessivo. Isto significa que os materiais do corpo tubular e meio de reforço axial respondem à tensão de modo similar.

As tiras de reforço axiais são particularmente úteis em uma mangueira para aplicações, onde a mangueira fica suspensa entre dois pontos e suporte seu próprio peso mais o peso do fluido sem qualquer suporte intermediário. As tiras de reforço axiais preferivelmente são dispostas equi-espaçadas em torno de circunferência da mangueira. Podem ser providas duas a oito tiras, mais preferivelmente quatro ou seis tiras.

Preferivelmente, cada tira de reforço axial é feita de tecido têxtil com urdidura e trama (warp and weft). Mais pref erivelmente, a urdidura de cada tira de reforço axial é arranjada em um ângulo de 0° a 10° em relação ao eixo geométrico longitudinal da mangueira. Ainda mais preferivelmente, a urdidura das tiras de reforço é arranjada em um ângulo de 0° a 5° em relação ao eixo geométrico longitudinal da mangueira, e ainda mais preferivelmente, a urdidura das tiras de reforço axiais é arranjada em um ângulo de 0° a 2° em relação ao eixo geométrico longitudinal da mangueira. As tiras podem ser presas no lugar por fitas ou cordões enrolados quase circunferencialmente para ajudar a fabricação da mangueira. Estas fitas podem ser feitas de fibras naturais (por exemplo, algodão) ou fibras artificiais (por exemplo, poliéster). Na completação da mangueira, a tensão aplicada aos membros de aperto interno e externo ajuda a prender ainda mais as tiras dentro do corpo tubular.

Preferivelmente, cada tira pode ser mover livremente em relação ao resto da mangueira, quando esta se curva, i.e. preferivelmente as tiras não ficam firmemente presas ao resto da mangueira.

A mangueira preferivelmente também inclui uma peça de extremidade disposta em cada extremidade longitudinal. A peça de extremidade preferivelmente é firmemente fixada ao corpo tubular e às tiras de reforço axiais. Assim, quando uma força é aplicada para estender axialmente a mangueira, as tiras de reforço axial resistem à força de estiramento. Peças de extremidade adequadas estão descritas em WO 01/ 96772 e WO 20004/ 44472. Por exemplo, as tiras podem ser fixadas dentro do corpo tubular presas pela peça de extremidade, que pode ser presa pela peça de extremidade por fixação mecânica, por estampagem, ou cravamento, ou ligação por arame, com ou sem aplicação de resina epóxi na peça de extremidade. Em uma configuração, as tiras podem ser terminadas separadas (por exemplo, como mostrado em WO 2 0 04/0444 72, ou usando um anel, onde a tira é costurada).

Preferivelmente, a largura das tiras de reforço axiais é tal que as tiras de reforço em combinação cobrem cerca de 10% a 90% da circunferência da mangueira subjacente, i.e. preferivelmente ficando descoberta 90% a 10% da circunferência.

Em uma configuração preferida, a largura das tiras de reforço axiais é provida preferivelmente, de modo que as tiras de reforço axiais em combinação cubram cerca de 20% a 50% da circunferência da mangueira subjacente à tira, i.e. preferivelmente ficando descoberta 80% a 50% da circunferência. Por exemplo, para uma mangueira de 200 mm com uma cobertura de tira total de cerca de um terço e três tiras espaçadas eqüidistantes, a largura da tira individual deve ser Pi vezes 2 00 mm vezes um terço para dar uma largura de tira individual de cerca de 70 mm. Para quatro tiras, a largura de tira individual seria cerca de 52 mm. A largura da tira é a distância de uma borda longitudinal a outra, na direção perpendicular ao eixo geométrico longitudinal da tira.

É preferível que cada tira individual tenha uma largura cobrindo cerca de 5% a 20% da circunferência total da parte subjacente da mangueira.

É preferível que a tira de reforço axial não se estenda totalmente em torno da a circunferência da mangueira. Também é preferível que a tira de reforço axial não seja provida em forma de tubo em torno da mangueira. Na configuração preferida, há uma pluralidade de tiras arranjadas de modo a proporcionar um pequeno efeito sobre a rigidez e flexibilidade de curvamento da mangueira, conquanto um aumento proporcionalmente grande à rigidez axial. A urdidura de cada tira é preferivelmente alinhada com o eixo geométrico longitudinal da mangueira.

A mangueira pode ser provida com um trançado de reforço axial, como descrito em WO 01/96772. 0 trançado tubular pode ser disposto, por exemplo, entre as tiras de reforço axiais e o corpo tubular, ou entre as tiras de reforço axiais e o membro de aperto externo.

É particularmente preferido que o meio de reforço axial seja feito de material não-metálico, especialmente um material plástico - materiais adequados serão discutidos em detalhes mais adiante. Isto porque materiais metálicos são improváveis de ter as características desejadas com respeito à tensão.

Preferivelmente, o corpo tubular e o meio de reforço axial são feitos do mesmo material, mais preferivelmente um polietileno de peso molecular ultra-alto (UHMWPE de High Molecular Weight Polyethylen"), como será descrito com mais detalhes mais adiante.

O corpo tubular, preferivelmente, compreende pelo menos uma camada de reforço e pelo menos uma camada seladora.

Mais preferivelmente, deve haver pelo menos duas camadas de reforço, e uma camada seladora sanduichada entre elas. Preferivelmente, deve ser provida uma camada de reforço adicional entre o membro de aperto externo e o meio de reforço axial.

A resistência máxima das camadas de reforço deve estar pref erivelmente entre 100 kN e 700 kN para uma mangueira com diâmetro de 8" (2 00 mm) . É preferível que a tensão de curvamento de falha das camadas de reforço fique na faixa de 2% a 15%. Desejavelmentei camadas de reforço adicionais devem ser feitas do mesmo material que do meio de reforço axial, mais preferivelmente UHMWPE. Os materiais de fabricação da mangueira devem ser selecionados adequadamente para permitir que a mangueira seja adequada para o ambiente a que se destina. Assim, há necessidade que a mangueira seja capaz de transportar fluidos pressurizados sem vazamento do fluido pelas suas paredes. Também há a necessidade de a mangueira suportar repetidas flexões e suportar as tensões axiais causadas pela combinação de peso da mangueira e peso do fluido que passa na mangueira. Também se a mangueira se destinar ao transporte de fluidos criogênicos, os materiais da mangueira devem ser capazes de operar em temperaturas extremamente baixas, sem serem afetados.

0 propósito principal das camadas de reforço é suportar às tensões circunferenciais, às quais a mangueira é submetida em operação. Assim, as camadas de reforço devem ter o grau de flexibilidade requerido e suportar as tensões requeridas, mas se a mangueira for usada com fluidos criogênicos, então as camadas de reforço deverão suportar temperaturas criogênicas.

Preferivelmente, as camadas de reforço devem ser feitas a partir de uma folha de material enrolada em forma tubular, que é conseguido enrolando o material em folha de maneira helicoidal. Isto significa que cada camada de reforço não tenha muita resistência a tensão axial, como de uma força axial que tende a separar os enrolamentos.

Cada camada de reforço pode compreender uma única camada contínua de material em folha. No entanto, mais usualmente (dependendo da extensão da mangueira), cada camada da material em folha é feita de uma pluralidade de extensões separadas de material em folha ao longo da mangueira.

Na configuração preferida, cada camada de reforço compreende um tecido, preferivelmente um tecido têxtil. Cada camada de reforço pode ser feita de material natural ou sintético. Cada camada de reforço é convenientemente feita de um polímero sintético, tal como poliéster poliamida ou poliolefina. 0 polímero sintético pode ser provido em forma da fibra ou fio com qual o tecido é feito.

Quando a camada de reforço compreende poliéster, então preferivelmente é tereftalato de polietileno.

Quando a camada de reforço compreende poliamida, então deve ser uma poliamida alifática, tal como nylon, ou uma poliamida aromática, tal como um composto aramida. Por exemplo, as camadas de reforço podem ser feitas de poli-(p-fenilenotereftalatoamida)- marca KEVLAR.

Quando cada camada de reforço compreende poliolefina, então pode ser homopolímero de polietileno, polipropileno, ou polibutileno, ou um copolímero ou terpolímero do mesmo, preferivelmente mono- ou bi- axialmente orientado. Mais preferivelmente, a poliolefina é um polietileno, e mais preferivelmente o polietileno é um polietileno de alto peso molecular, especialmente UHMWPE.

0 UHMWPE usado na presente invenção geralmente tem um peso molecular médio acima de 400.000, tipicamente acima de 800.000, e usualmente acima de 1.000.000. Usualmente, o peso molecular médio não deve exceder cerca de 15.000.000. O UHMWPE é preferivelmente caracterizado por um peso molecular de cerca de 1.000.000 a 6.000.000. O UHMWPE mais útil para a invenção é altamente orientado, se estendo usualmente pelo menos 2-5 vezes em uma direção e pelo menos 10-15 vezes na outra direção.

O UHMWPE mais útil para a presente invenção, geralmente tem uma orientação paralela maior que 80%, mais usualmente maior que 90%, e preferivelmente maior que 95%. A cristalinidade geralmente deve ser maior que 50%, mais usualmente maior que 70%. Sendo possível uma cristalinidade de até 85%-90%.

A UHMWPE está descrito, por exemplo, nas patentes US-A- 4344908, US-A-4411845 , US-A- 4422993, US-A-4430383, US-A- 4436689, EP-A-183285, EP-A-0438831, e EP-A- 0215507.

É particularmente vantajoso que cada camada de reforço compreenda um UHMWPE altamente orientado como marca DYNEEMA da DSM High performance Fibres BV (companhia holandesa), ou marca SPECTRA da Allied Signal Inc. Detalhes adicionais da DYNEEMA estão descritos em "DYNEEMA; Top Performance em Fibers, Properties and Aplications" da DSM High Performance Fibers NB, Edição de 02/98, e da SPECTRA em "Spectra Performance Materials" da Allied Signal Inc, Edição de 05/96. Quais materiais são disponíveis desde os anos 80.

Em uma configuração preferida, as camadas de reforço compreendem um tecido têxtil feito de fibras arranjadas segundo as direções de urdidura e trama (warp and weft).

Descobriu-se ser particularmente vantajoso que a camada de reforço seja disposta tendo a direção de urdidura formando um ângulo menor que 2 0° em relação à direção

axial da mangueira, pref erivelmente menor que 5°. Em uma configuração preferida, a camada de reforço é arranjada com a direção de urdidura do tecido formando um ângulo de 10° a 20°, mais pref erivelmente cerca de 15° em relação à direção axial da mangueira.

O intuito da camada seladora é primariamente evitar o vazamento de fluidos transportados pelo corpo tubular. Assim, serão adequadas as camadas que tenham o grau de flexibilidade requerido e que proporcionem a desejada função selante. Ademais, se a mangueira se destinar a fluidos criogênicos, então a camada seladora também deve suportar temperaturas criogênicas.

A camada seladora pode ser feita com os mesmos materiais básicos da camada de reforço. Alternativamente, a camada seladora pode ser um fluorpolímero, como politetra- fluoretileno (PTFE), um copolímero de propileno etileno fluorado, tal como copolímero de hexafluorpropileno e tetrafluoretiIeno (tetrafluoretiIeno-perfluorpropileno) da DuPont Fluoroproducts sob a marca registrada Teflon FEP, ou um hidrocarboneto fluorado - Perfluoralquóxi - DuPont Fluoroproducts sob a marca registrada Teflon PFA. Quais filmes podem ser feitos por extrusão ou sopro.

Preferivelmente, a camada seladora é feita de uma folha de material enrolada em forma tubular, que é feito enrolando o material em folha como helicoidal. Como no caso das camadas de reforço, isto significa que cada camada seladora não prove uma resistência significativa à tensão axial, porque a aplicação de uma força axial tende a separar os enrolamentos. A camada seladora pode compreender uma única camada continua de material em folha ou duas ou mais camadas contínuas do material em folha. No entanto, mais usualmente (e dependendo da extensão da mangueira) , cada camada do material em folha é feita de uma pluralidade de extensões da material em folha arranjada ao longo da extensão da mangueira. É desejável que a camada seladora compreenda uma ou mais luvas seladoras contraíveis (i.e. na forma tubular) dispostas sobre a camada de reforço.

Preferivelmente, cada camada seladora compreende uma pluralidade de camadas sobrepostas de filme. Preferivelmente, devem ser haver pelo menos 2 camadas, mais preferivelmente pelo menos 5 camadas, e ainda mais preferivelmente pelo menos 10 camadas. Na prática, a camada seladora pode compreender 20, 30, 40, 50 ou mais camadas de filme. O limite superior para o número de camadas depende do tamanho da mangueira, mas sendo improvável que mais que 100 camadas venham a ser requeridas, usualmente sendo suficiente um número de até 50 camadas. Tipicamente, a espessura de cada camada de filme deve estar na faixa de 50 a 100 μχη. Com certeza, deve ser apreciado que podem ser providas mais que uma camada seladora.

Abaixo, uma configuração particularmente preferida: As tiras de reforço axiais podem também ser feitas com o mesmo material das camadas de reforço. Assim, deve ficar claro que as tiras de reforço axiais, ou as camadas de reforço e camadas seladoras sejam todas feitas a partir do mesmo composto básico. No entanto, a forma dos compostos deve ser diferente, para prover a função requerida, i.e., as tiras de reforço axiais provêem uma função de reforço axial, as camadas de reforço provêem reforço contra tensão circunferenciais, e a camada seladora provê função de selagem. Ademais, descobriu-se que materiais UHMWPE são mais adequados, particularmente produtos DYNEEMA e SPECTRA. Descobriu-se que estes materiais também trabalham bem em condições criogênicas. Os parâmetros preferidos para UHMWPE (faixa de peso molecular, etc.) discutidos acima com respeito às camadas de reforço, também são apropriados para os meios de reforço axial. A este respeito, deve ser notado que, no entanto, os parâmetros do UHMWPE usado para as tiras de reforço axiais não precisam ser iguais aos parâmetros do UHMWPE para as camadas de reforço.

É possível que as tiras de reforço axiais sejam providas dentro das camadas de corpo tubular. No entanto, é preferível que as tiras de reforço axial sejam posicionadas entre o corpo tubular e as uma ou mais camadas de reforço e membro de aperto externo. As camadas de reforço dispostas sobre as tiras de reforço provêem uma cobertura de proteção sob o membro de aperto externo.

Em outra configuração preferida, pelo menos duas tiras de reforço axiais (ou preferivelmente mais que duas, tal como três ou quatro) são providas entre o corpo tubular e o membro de aperto externo.

Deve ser apreciado a partir da descrição acima, que pode ser provida uma camada adicional sobre o corpo tubular e sob o membro de aperto externo. A camada adicional pode ser aplicada em torno do corpo tubular ou ser provida em forma de um tubo deslizado sobre o corpo tubular.

A camada adicional pode ser uma camada de proteção, uma camada de reforço, ou ambas. Preferivelmente, tiras de reforço são dispostas subjacentes à camada adicional. Quando a mangueira se destina a aplicações criogênicas, é desejável prover uma isolação sobre o corpo tubular.

A isolação pode ser provida entre a tela externa e a capa tubular, e/ou fora da tela externa. A isolação pode compreender um material convencionalmente usado para prover isolação em equipamentos criogênicos, tal como espuma sintética. É preferível que o meio de peça de extremidade axial também seja provido em torno da camada de isolação para comprimir as camadas de isolação e manter sua integridade estrutural. 0 meio de reforço axial em torno da camada isolante é preferivelmente provido em adição ao meio de reforço axial entre o membro de aperto externo e o corpo tubular. Uma forma adequada de isolação será descrita em detalhes mais adiante.

De acordo com outro aspecto da invenção, provê-se uma mangueira tendo um corpo tubular de material flexível arranjado entre os membros de aperto interno e externo, o corpo tubular compreendendo pelo menos uma camada de reforço de tecido têxtil feito de fibras dispostas nas direções de urdidura e trama (warp and weft) em um ângulo menor que 20°, mais preferivelmente menor que 15°, e ainda mais preferivelmente menor que 10°, em relação à direção axial da mangueira. A mangueira, de acordo com este aspecto da invenção, pode ser provida com qualquer combinação desejada de componentes de uma mangueira de acordo com o primeiro aspecto da invenção. De acordo com outro aspecto da invenção, prove-se um método para fabricar mangueiras, compreendendo:

a- enrolar um membro de aperto interno em torno do mandril tubular;

b- enrolar um material em folha em torno do mandril tubular e o membro de aperto interno para formar um corpo tubular feito de material em folha;

c- aplicar uma pluralidade de tiras de reforço axiais ao longo da extensão do corpo tubular;

d- enrolar um membro de aperto externo em torno de cada tira de reforço axial;

e- prender as extremidades da mangueira produzida na etapa (d); e

f- remover a mangueira do mandril. Preferivelmente, os membros de aperto e o material em folha devem ser aplicados sob tensão para conferir uma boa integridade estrutural à mangueira. Preferivelmente, o material em folha da etapa (b) compreende duas camadas de reforço que sanduicham uma camada seladora, como descrito acima. Na configuração preferida, uma camada de reforço interna em forma de folha é enrolada helicoidalmente em torno do membro de aperto interno e do mandril, então a camada seladora em forma de folha é enrolada helicoidalmente em torno da camada de reforço interna, então a camada de reforço externa em forma de folha é enrolada em torno da camada seladora. Usualmente, pode ser aplicada uma pluralidade de camadas seladoras.

Cada tira de reforço pode ser similar às tiras de reforço axiais descritas acima.

Preferivelmente, os membros de aperto interno e externo são aplicados em uma configuração helicoidal de mesmo passo, e o membro de aperto externo helicoidal é posicionado deslocado da metade do passo da posição da hélice do membro de aperto interno.

Pref erivelmente, entre a as etapas (c) e (d), uma camada adicional (camada de proteção, camada são reforço, ou ambas) é enrolada em torno do corpo tubular sobre as tiras de peça de extremidade axial. Alternativamente, a camada adicional pode ser um tubo deslizável sobre o corpo tubular.

Cada filme polimérico da camada seladora preferivelmente é uma poliamida, poliolefina, ou fluorpolímero. Quando o filme polimérico da camada seladora compreende uma poliamida, então pode ser uma poliamida alifática, tal como nylon, ou uma poliamida aromática, tal como um composto aramida.

Preferivelmente, um filme polimérico da camada seladora deve ser uma poliolefina, e o outro filme polimérico da camada seladora um fluorpolímero.

Poliolefinas adequadas incluem homopolímero de polietileno, propileno, ou polibutileno, ou um copolímero ou terpolímero destes. Preferivelmente, a poliolefina é um polietileno, e mais preferivelmente, um polietileno de alto peso molecular, especialmente UHMWPE, que será descrito em detalhes mais adiante. Os parâmetros preferidos do UHMWPE (faixa de peso molecular, etc.) discutidos aqui com respeito às camadas de reforço, são também apropriados para camada seladora. A este respeito, também deve ser esclarecido, no entanto, que os parâmetros do UHMWPE da camada seladora não são iguais aos parâmetros do UHMWPE das camadas de reforço.

Uma vez que a camada seladora tenha o propósito de prover função seladora, a camada seladora deve ser provida em forma de filme substancialmente impermeável aos fluidos transportados. Assim, o UHMWPE altamente orientado precisa ser provido em uma forma que ofereça propriedades seladoras satisfatórias. Estes produtos, usualmente obtidos em forma de bloco sólido, podem ser adicionalmente processados para a forma requerida.

O filme pode ser produzido fatiando um filme fino a partir da superfície do bloco sólido. Ademais, os filmes podem ser filmes soprados de UHMWPE. Fluorpolímeros adequados incluem politetrafluorpoli- etileno (PTFE), um copolímero de polipropileno etileno fluorado, tal como, um copolímero de hexafluopropileno e tetrafluoretileno (tetrafluoretileno-perfluorpropiIeno) da DuPont Fluoroproducts - marca registrada Teflon FEP;

um hidrocarboneto fluorado - perfluoralquóxi da DuPont Fluoroproducts - marca registrada Teflon PFA. Estes filmes podem ser obtidos por extrusão e sopro. Preferivelmente, a camada seladora compreende uma pluralidade de camadas de cada um dos filmes poliméricos.

Em uma configuração, as camadas podem ser arranjadas de modo que os primeiro e segundo polímeros se alternem através da espessura da camada seladora, qual arranjo, no entanto, não sendo o único possível. Alternativamente, todas as camadas do primeiro polímero são envolvidas por todas camadas do segundo polímero, ou vice-versa.

Preferivelmente, os filmes poliméricos da camada seladora são feitos a partir de uma folha de material enrolada em forma tubular, enrolando o material em folha em forma helicoidal. Cada filme polimérico pode compreender uma única folha contínua enrolada em torno da camada de reforço interna de uma extremidade à outra da mangueira.

No entanto, mais usualmente, dependendo a extensão da mangueira, uma pluralidade de extensões separadas de filme polimérico é enrolada em torno da camada de reforço interna, cada extensão de filme cobrindo uma parte da extensão da mangueira. Se desejado, a camada seladora compreende pelo menos duas luvas seladoras contraíveis por calor (i.e. em forma tubular) arranjadas sobre a camada de reforço interna. Pelo menos duas das luvas devem ser feitas de material diferente.

A camada seladora compreende pelo menos dois filmes diferentes, preferivelmente sobrepostos. Preferivelmente, a camada seladora compreende pelo menos cinco camadas, e mais preferivelmente pelo menos 10 camadas sobrepostas, conquanto, na prática, a camada seladora pode compreender 20, 30, 40, 50 ou mais camadas sobrepostas. O limite superior para o número de camadas depende do tamanho da mangueira, mas é improvável serem necessárias mais que 100 camadas. Usualmente, é suficiente 50 camadas no máximo. A espessura da camada de filme tipicamente está na faixa de 50 a 100 μπι. As camadas são constituídas de pelo menos dois tipos diferentes de filme polimérico. Com certeza, deve ser apreciado que podem ser providas mais que uma camada seladora.

Preferivelmente, a camada seladora adicionalmente compreende pelo menos uma camada parcialmente ou inteiramente compreendendo um metal, oxido metálico, ou mistura destes. Na presente especificação, faz-se referência a filmes contendo metal, incluindo filmes contendo óxidos metálicos, a menos que expresso de forma diferente. Assim, a camada metálica é constituída de uma camada de filme metálico (i.e. uma camada separada feita substancialmente ou inteiramente de um metal, óxido metálico, ou misturas destes) ou um filme metálico revestido de polímero ou um filme polimérico metalizado. Preferivelmente, a camada metálica é um filme metálico revestido de polímero. O metal pode ser, por exemplo, um óxido de alumínio. O polímero pode ser, por exemplo, um poliéster.

Filmes metálicos revestidos de polímero adequado incluem filmes da HiFi Industrial Film, de Stevenage, Inglaterra - marcas registradas MEX505, MET800, MET800B, e MET852 - a mais preferível sendo MET800B.

Uma camada metálica adicional pode ser disposta externa à camada seladora. Preferivelmente, a camada metálica adicional é disposta entre o corpo tubular e o membro de aperto externo. Camadas de lã de rocha também podem ser providas para melhorar a isolação térmica, preferivelmente entre a camada seladora e a camada metálica externa - qual objetivo é criar um anel térmico entre as duas camadas metálicas.

Nos aspectos da invenção, acima descritos, os membros de aperto tipicamente compreendem um membro de aperto helicoidal, preferivelmente qual membro de aperto tendo a forma de bobina. As hélices dos membros de aperto são tipicamente arranjadas de modo a serem dispostas deslocadas de uma distância que corresponda à metade do passo da hélice. 0 propósito dos membros de aperto é pressionar o corpo tubular firmemente sanduichados para manter intactas as camadas do corpo tubular, e prover integridade estrutural à mangueira. As telas interna e externa podem ser, por exemplo, feitas de aço carbono comum, aço inoxidável austenítico, ou alumínio. Se desejado, as telas podem ser galvanizadas ou revestidas com um polímero. O membro de aperto interno pode prover a função de suporte das camadas externas da mangueira contra a pressão interna provocada pelo fluido dentro da mangueira, i.e. forças circunferenciais e radiais dentro da mangueira.

Deve ser apreciado que, embora as telas que compõem os membros de aperto tenham considerável resistência ã tração, o arranjo das telas em espiral permite que os membros de aperto se deformem, mesmo quando as telas são submetidas a uma tensão axial relativamente pequena.

Sendo que uma deformação mais significativa das espiras rapidamente destrói a integridade estrutural da mangueira.

A mangueira, de acordo com a invenção, pode ser adequada para várias condições, tal como, para temperaturas acima de 100°C, para temperaturas de 0o a 100°C, e para temperaturas abaixo de 0°C. Uma escolha adequada de material permite o uso da mangueira em temperaturas abaixo de -20°C, abaixo de -50°C, e abaixo de -10 0oC. Por exemplo, para transportar Gás Natural de Petróleo

Liqüefeito, a mangueira deve suportar temperaturas abaixo de - 170°C, ou mesmo mais baixas, e também se contempla que a mangueira seja adequada para transportar Oxigênio Líquido (bp - 183°C) ou Nitrogênio Líquido ' (bp -193°C) , em quais casos, a mangueira deve suportar temperaturas de -200°C, ou mais baixas.

A mangueira, de acordo com a invenção, também pode ser usada em uma variedade de aplicações. Tipicamente, o diâmetro interno da mangueira deve estar na faixa de cerca de 2 polegadas (51 mm) e cerca de 24 polegadas (610 mm) , mais tipicamente cerca de 8 polegadas (203 mm) , e cerca de 16 polegadas (406 mm). Geralmente, a pressão de operação da mangueira deve estar na faixa de cerca de 500 KPa manométrico até cerca de 2 00 kPa manométrico, ou possivelmente até cerca de 2500 kPa manométrico. Estas pressões se referem à pressão de operação da mangueira, e não à pressão de surto (muitas vezes maior). Ademais, a taxa de fluxo depende do meio de fluido, pressão, e diâmetro interno. Sendo típicas taxas de fluxo de 1000 até 12000 m3/hora.

A mangueira, de acordo com a invenção, também pode ser usada com materiais corrosivos, tal como ácidos fortes.

Para um melhor entendimento da presente invenção faz-se referência aos desenhos anexos, nos quais:

A figura 1 é um diagrama esquemático mostrando tensões às quais a mangueira de acordo com a presente invenção pode ser submetida em operação;

A figura 2 é uma vista esquemática em corte transversal de uma mangueira, de acordo com a presente invenção;

A figura 3 é uma vista em corte transversal mostrando o arranjo de uma camada de reforço da mangueira de acordo com a presente invenção;

A figura 4A é uma vista em perspectiva mostrando o arranjo das tiras de reforço axiais na mangueira;

A figura 4B é vista ampliada de uma tira de reforço axial;

As figuras 5A, 5B, 5C mostram quatro aplicações de mangueira, de acordo com a presente invenção; e A figura 6 é uma vista em corte transversal mostrando a camada seladora de uma mangueira, de acordo com a presente invenção.

A figura 1 mostra as tensões às quais a mangueira H normalmente é submetida em operação. A tensão circunferencial definida pela seta HS é a tensão tangencial à periferia da mangueira H; a tensão axial definida pela seta AS é a tensão que atua ao longo da extensão da mangueira H; a tensão de flexão designada FS é a tensão transversal ao eixo geométrico longitudinal da mangueira H, quando a mangueira é flexionada; a tensão torsional definida TS é a tensão de torção que atua sobre o eixo geométrico longitudinal da mangueira; a tensão de esmagamento designada CS resulta das cargas aplicadas radialmente ao exterior da mangueira H.

A tensão circunferencial HS é gerada pela pressão de fluido na mangueira H, enquanto a tensão axial AS é gerada pela pressão de fluido na mangueira e pela combinação de peso de fluido na mangueira H e do peso da própria mangueira Η. A tensão de flexão FS é causada pela necessidade de curvar a mangueira H para posicioná-la apropriadamente e pelo movimento da mangueira H em uso. A tensão de torção TS é causada pelo torcimento da mangueira. As mangueiras de técnica anterior são geralmente capazes de suportar as tensões circunferenciais HS, tensões de flexão AS, e tensões torcionais TS, mas menos capaz de suportarem as tensões axiais AS. Por esta razão, quando as mangueiras de técnica anterior são submetidas a tensões axiais AS significativas, as mangueiras de técnica anterior geralmente têm que ser suportadas, para minimizar tensões axiais AS.

Na figura 2, uma mangueira de acordo com a invenção é geralmente designada 10. Com intuito de facilitar o entendimento da ilustração, não se mostra o enrolamento das várias camadas na figura 2 e em outras figuras.

A mangueira 10 compreende um corpo tubular 12 que compreende as camadas de reforço interna 14 e externa 16, e uma camada seladora 18 sanduichada entre elas. As tiras de reforço axiais 20 são dispostas em torno da superfície externa da camada de reforço 16.

0 corpo tubular 12 e as tiras 20 são dispostos entre telas helicoidais interna 22 e externa 24, deslocadas uma da outra de uma distância que corresponde à metade do comprimento de passo da hélice das espiras.

A camada seladora 26 é aplicada sobre a tela externa 24. A camada isoladora sendo feita de material isolante comum, tal como espuma de plástico ou de um material como será descrito abaixo em relação à figura 7. As camadas de reforço 14 e 16 compreendem um tecido têxtil a partir de material sintético, tal como UHMWPE ou fibras aramida. A figura 3 ilustra a camada de reforço interna 14, onde fica claro que a camada de reforço interna 14 compreende fibras 14a arranjadas na direção da urdidura (warp) W e fibras 14b na direção da trama (weft) F. Na figura 3, apenas a camada 14 é mostrada, com intuito de melhorar a clareza da representação.

Descobriu-se inesperadamente que a resistência axial da mangueira 10 pode ser melhorada arranjando a camada de reforço interna 14, de modo que a direção de urdidura W forme um ângulo pequeno, menor que 2 0°, tipicamente em torno de 15°, em relação ao eixo geométrico longitudinal da mangueira 10, qual ângulo sendo indicado por a na figura 3. A resposta e orientação da camada de reforço externa 16 é substancialmente igual àquela da camada de reforço interna 14. O ângulo a para a camada de reforço externo 16 pode ser igual ou diferente de ot da camada de reforço interno 14.

A camada seladora 18 compreende uma pluralidade de camadas de filme plástico enrolada em torno da superfície externa da camada de reforço interna 14, para prover uma selagem a prova de fluido entre as camadas de reforço interna e externa 14 e 16.

As figuras 4a e 4b ilustram as tiras de reforço axiais em detalhes. As tiras 20 são feitas de um tecido tendo urdidura e trama 2 0a e 2 0b (warp e weft). A urdidura 2 0a é disposta a 90° em relação à trama, e as tiras 20 são arranjadas na mangueira de modo que a direção da urdidura fique a 0o do eixo geométrico longitudinal da mangueira. Como mostrado na figura 4A, uma camada de reforço e/ou proteção 30 adicional é preferivelmente provida entre as tiras 20 e o membro de aperto externo 24. Como pode ser visto na figura 6, a camada seladora 18 compreende uma pluralidade de camadas 18a de um filme a partir de um primeiro polímero (tal como um UHMWPE altamente orientado) intercalado com uma pluralidade de camadas 18b de um filme a partir de um segundo polímero (tal como PTFE ou FEP) - os dois polímeros tendo rigidezes diferentes. As camadas 18a e 18b são enroladas em torno da superfície externa da camada de reforço interna 14, para prover uma selagem a prova de fluido nas camadas de reforço externas 14 e 16. Como mencionado, as camadas 18a e 18b podem ser arranjadas de modo alternativo. Por exemplo, todas camadas 18a podem ser arranjadas juntas e todas as camadas 18b podem ser igualmente arranjadas juntas.

A mangueira 10 pode ser feita com a seguinte técnica: Em uma primeira etapa, a tela interna 22 é enrolada em torno de um mandril suporte (não mostrado) para prover um arranjo helicoidal tendo um certo passo. 0 diâmetro do mandril suporte deve corresponder ao diâmetro interno da mangueira 10. A camada de reforço interna 14 então é enrolada em torno da tela interna 22, e em torno do mandril suporte, de modo que a direção de urdidura (warp) W assuma o ângulo desejado a.

Uma pluralidade de filmes plásticos 18a e 18b que compõe a camada seladora 18 então é enrolada em torno da superfície externa da camada de reforço interno 14. Usualmente, os filmes 18a e 18b têm uma extensão substancialmente menor que a extensão da mangueira 10, de modo que a pluralidade de extensões separadas dos filmes 18a e 18b seja enrolada em torno da camada interna. Alternativamente, os filmes 18a e 18b são arranjados através da espessura da camada seladora 18. Tipicamente, são providas cinco camadas separadas de filmes 18a e 18b através da espessura da camada seladora. A camada de reforço externo 18 então é enrolada em torno da camada seladora 18, de modo que a direção de urdidura (warp) seja estabelecida no ângulo desejado (a ou um ângulo próximo de a) . As tiras de reforço axiais 2 0 então são aplicadas à parte externa da camada de reforço externa 16. A tela externa 20 então é enrolada em torno da camada de reforço 21 adicional, para prover um arranjo helicoidal de passo desejado. O passo da tela externa 24 normalmente é igual ao passo da tela interna 22, e a posição da tela 24 normalmente é tal que as espiras da tela 24 resultam deslocadas das espiras da tela 22, de uma distância igual à metade do passo; como ilustrado na figura 2, onde o passo ê designado p.

As extremidades da mangueira podem ser seladas cravando uma luva em um inserto dentro da mangueira 10. Esta terminação é geralmente aplicada após a mangueira 10 ter sido removida do mandril.

As extremidades da mangueira 10 são seladas com as peças de extremidade 200, como mostrado na figura 2. As figuras 5A a 5D mostram três aplicações de mangueira 10. Nas figuras 5A a 5C, uma plataforma de produção e armazenamento (FPSO) 102 é ligada a um navio 104 por uma mangueira 10, de acordo com a invenção. A mangueira 10 leva o gás do tanque da plataforma para o navio 104 . Na figura 5A, a mangueira está acima do nível do mar 106. Na figura 6, a mangueira 10 flutua próxima da superfície do mar. Em cada caso, a mangueira 10 transporta o gás sem suportes intermediários. Na figura 5D, o navio é ligado a uma facilidade de armazenamento em terra 108 por meio da mangueira 10 .

A mangueira 10 pode ser usada em outras aplicações, além daquelas mostradas nas figuras 5A a 5C. Ademais, a mangueira da invenção pode ser usada quer em condição criogênica e condição não-criogênica.

Deve ser apreciado que a invenção descrita nesta especificação é passível de modificação.

Claims

1. Mangueira compreendendo corpo tubular de material flexível, entre membros de aperto interno e externo, o corpo tubular servindo para transportar fluidos através da mangueira e evitar que o fluido vaze através do corpo tubular, o corpo tubular compreendendo uma camada seladora, caracterizada pelo fato de a mangueira adicionalmente compreender uma pluralidade de tiras de reforço que se estende ao longo da extensão da mangueira.

2. Mangueira, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de as tiras com reforço axial serem feitas modo que as tiras de reforço axiais em combinação cubram cerca de 20% a 50% da circunferência da mangueira subjacente à tira.

3. Mangueira, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 2, caracterizada pelo fato de as citadas tiras de reforço axiais serem dispostas espaçadas eqüidistantes em torno da circunferência da mangueira.

4. Mangueira, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 3, caracterizada pelo fato de serem providas quatro a seis das citadas tiras de reforço axiais.

5. Mangueira, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 4, caracterizada pelo fato de as tiras de reforço axiais serem feitas de um tecido com urdidura e trama, sendo que a urdidura da tira de reforço axial é arranjada em um ângulo de 0o a 5o em relação ao eixo geométrico longitudinal da mangueira.

6. Mangueira, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 5, caracterizada pelo fato de adicionalmente compreender uma peça de extremidade disposta em cada extremidade longitudinal da mangueira, sendo que as extremidades do corpo tubular e as tiras de reforço axiais são firmemente presas à cada peça de extremidade.

7. Mangueira, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 6, caracterizada pelo fato de cada tira de reforço axiais não se estender em torno de toda a circunferência da mangueira.

8. Mangueira, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 7, caracterizada pelo fato de o corpo tubular compreender camadas de reforço interna e externa, sendo que a camada seladora é sanduichada entre as camadas de reforço interna e externa.

9. Mangueira, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 8, caracterizada pelo fato de cada camada de reforço do corpo tubular, e as tiras de reforço axiais serem todas feitas com o mesmo material polimérico.

10. Mangueira, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 9, caracterizada pelo fato de cada camada de reforço do corpo tubular e as tiras de reforço axiais serem feitas toda de UHMWPE.

11. Mangueira, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 10, caracterizada pelo fato de cada tira individual ter uma largura que cobre cerca de 5% a cerca de 20% da circunferência total da parte subjacente da mangueira.

12. Mangueira, caracterizada pelo fato de a mesma ser feita substancialmente como descrita com referência e como mostrado nos desenhos anexos.