Classifica¸c˜ ao de dutos submarinos

2.1.1.1 Dutos R´ıgidos

Geralmente feitos em tubos de a¸co internamente revestidos, estes dutos distingue-se pela sua elevada rigidez e alto valor de raio m´ınimo de curvatura, que influenciam desde a sua instala¸c˜ao, onde s˜ao necess´arios navios especiais capazes de estoc´a-lo e lan¸c´a-lo, at´e na utiliza¸c˜ao de acess´orios de topo e de fundo mais robustos e adequados `

as suas limita¸c˜oes de curvatura.

Apresentam vantagens econˆomicas em unidades de produ¸c˜ao menos dinˆamicas, e passam a demandar maiores espessuras de parede e configura¸c˜oes de instala¸c˜ao mais complexas, em plataformas do tipo FPSO, para atender a vida ´util projetada, frente `as cargas dinˆamicas de tra¸c˜ao e curvatura que podem levar `a ruptura por fadiga ou por flambagem no contato com o solo.

A forma de lan¸camento mais utilizada no passado consistia em empilhar trechos de tubos em um navio e sold´a-los no ato do lan¸camento. Devido ao grande tempo operacional deste procedimento, uma outra forma de lan¸camento tem sido preferida, onde o duto ´e armazenado em um carretel no navio.

Quanto `a sua fabrica¸c˜ao, podem ser confeccionados de diversas formas, sendo mais utilizadas as t´ecnicas U-O-E para produ¸c˜ao de dutos com costura (solda longi- tudinal), e por extrus˜ao para confec¸c˜ao de dutos sem costura. No processo U-O-E, chapas de a¸co s˜ao conformadas em prensas U e O, em seguida, soldadas por arco submerso e por fim, submetidas a um processo de expans˜ao a frio. Nos processo de extrus˜ao, barras de a¸co laminadas que s˜ao aquecidas e pressionadas contra um man- dril, abrindo uma cavidade interna que ser´a expandida para gera¸c˜ao do diˆametro interno.

O revestimento interno de um duto com costura, tradicionalmente ´e feito atrav´es de bilamina¸c˜ao, onde as chapas s˜ao laminadas em conjunto com o revestimento de- sejado antes de ganhar forma tubular. Para dutos sem costura, um processo de- senvolvido mais recentemente, consiste em posicionar um duto de menor diˆametro e de material mais nobre dentro do duto a ser revestido e expandi-lo por press˜ao hidrost´atica, at´e que fiquem unidos permanentemente, o que chamamos de cladea- mento mecˆanico.

2.1.1.2 Dutos flex´ıveis

Os dutos flex´ıveis s˜ao compostos por camadas intercaladas de pol´ımeros extrudados e fitas de a¸co, cada qual respons´avel por uma determinada fun¸c˜ao estrutural.

Usualmente, da camada mais interna para a mais externa, temos a seguinte sequˆencia:

Figura 2.1: Estrutura t´ıpica de um riser flex´ıvel. Camadas enumeradas do interior para o exterior [2].

1. Carca¸ca intertravada – Camada de fita de a¸co inoxid´avel, enrolada em h´elice sob um ˆangulo pr´oximo a 90◦C com a dire¸c˜ao longitudinal do duto. ´E res- pons´avel pela resistˆencia ao colapso do duto;

2. Barreira de press˜ao – Camada de pol´ımero extrudado respons´avel por minimi- zar que o fluido conduzido migre para as camadas mais externas e em ´ultimo caso para o mar. Possui ainda a fun¸c˜ao de transmitir a press˜ao externa `a carca¸ca intertravada;

3. Armadura de press˜ao – Respons´avel pela resistˆencia `a press˜ao interna. Sua presen¸ca gera tamb´em um acr´escimo de resistˆencia ao colapso;

4. Armaduras de tra¸c˜ao – S˜ao compostas por arames assentados helicoidalmente em um ˆangulo pr´oximo ao longitudinal, respons´aveis por suportar os esfor¸cos de tra¸c˜ao da linha.

5. Capa externa – Sua fun¸c˜ao ´e impedir a entrada de ´agua do mar nas camadas met´alicas, o que reduziria consideravelmente o tempo de vida ´util da estrutura. Deve possuir boa resistˆencia `a abras˜ao para evitar danos devido ao contato com o solo marinho e com equipamentos acess´orios;

Existem ainda camadas adicionais que podem ser utilizadas conforme:

• Fitas anti-atrito – Utilizadas entre duas camadas met´alicas com o intuito de evitar o desgaste produzido pelo contato metal-metal;

• Fita de refor¸co – Geralmente s˜ao fitas de base aramida inseridas logo ap´os as armaduras de tra¸c˜ao com a fun¸c˜ao de garantir que os arames da armadura de tra¸c˜ao n˜ao se descolem radialmente em caso de cargas compressivas, o que poderia causar falha de “gaiola de passarinho”.

2.1.1.3 Dutos de comp´ositos

Dutos de comp´ositos vˆem sendo utilizados cada vez mais extensamente desde a d´ecada de 90. Inicialmente com uso em aplica¸c˜oes mais simples, passou a com- por sistemas de incˆendio e ganhou uso na ind´ustria do petr´oleo, ap´os o ganho de confiabilidade proporcionado pelo desenvolvimento de t´ecnicas de produ¸c˜ao auto- matizada com tratamento t´ermico de cura controlada, pelo aperfei¸coamento das conex˜oes flangeadas e pela utiliza¸c˜ao do m´etodo de elementos finitos nos projetos. Da mesma maneira, reparos de dutos atrav´es de comp´ositos laminados j´a ´e uma t´ecnica bastante difundida e confi´avel, com metodologias estabelecidas por normas. Entretanto, com o desenvolvimento de novos comp´ositos e novas t´ecnicas de produ¸c˜ao, a utiliza¸c˜ao de dutos de comp´ositos tem sido estendida a novos patamares e, nos ´ultimos anos, uma s´erie de concep¸c˜oes de dutos de comp´ositos (vide Figura 2.2) tem sido propostas por diversas companhias do mercado para utiliza¸c˜ao em ´

aguas profundas [3, 4].

Figura 2.2: Variadas proposi¸c˜oes de dutos em comp´ositos [5].

O ponto comum entre as diversas proposi¸c˜oes de dutos de comp´osito ´e a busca por estruturas resistentes de baixo peso e o ponto particular ´e como cada uma atinge esse objetivo. Desta forma, temos:

• Dutos de liner met´alico refor¸cado por comp´osito; • Dutos r´ıgidos feitos integralmente em comp´osito; • Duto flex´ıveis com armaduras de tra¸c˜ao em comp´osito;

Dentre as propostas apresentadas, o duto r´ıgido de comp´osito ´e a concep¸c˜ao que desperta maior atratividade sob o ponto de vista acadˆemico, tanto devido `a sua geometria mais simples que facilita a sua produ¸c˜ao em laborat´orio, quanto pelo seu complexo carregamento, que combina esfor¸cos de tra¸c˜ao, compress˜ao, tor¸c˜ao e cisalhamento em uma mesma se¸c˜ao transversal, o que o torna um interessante objeto de estudo.

Dependendo da sua geometria e das propriedades do comp´osito utilizado em suas camadas, o duto ser´a mais ou menos r´ıgido. Isto influenciar´a o seu raio de arma- zenamento, sua facilidade de lan¸camento e sua versatilidade no arranjo submarino. Como n˜ao existe um amplo hist´orico de utiliza¸c˜ao destes dutos para tais aplica¸c˜oes, um rigoroso trabalho de previs˜ao de falha e de estabelecimento de limites de uti- liza¸c˜ao deve ser realizado. Isto engloba tanto a caracteriza¸c˜ao mecˆanica, quanto o conhecimento da influˆencia da temperatura, umidade, acidez, radia¸c˜ao etc.