BR112014013423B1

BR112014013423B1 - fio chato e tubo reforçado ou cabo reforçado

Info

Publication number: BR112014013423B1
Application number: BR112014013423-5A
Authority: BR
Inventors: Kenichi Ushijima; Kazuhiro Ishimoto
Original assignee: Tokyo Rope Manufacturing Co., Ltd
Priority date: 2011-12-22
Filing date: 2011-12-22
Publication date: 2020-11-10
Also published as: US20140326358A1; EP2796274A4; BR112014013423A2; EP2796274A1; DK2796274T3; WO2013094079A1; MX2014007715A; EP2796274B1

Abstract

FIO CHATO E MÉTODO DE FABRICAÇÃO DO MESMO. Tem-se a provisão de um fio chato de formato helicoidal que é resistente a mudanças mesmo com a passagem do tempo. Um fio chato (10) é composto de uma multiplicidade de fibras de carbono (31) impregnadas com resina termocurável. O fio chato (10), cuja seção transversal é retangular, apresenta uma superfície interna (12) voltada para a direção interna em todas as oportunidades, uma superfície externa (11) voltada para a direção externa em todas as oportunidades, e tendo sido configurado com o formato helicoidal com diâmetro constante na direção longitudinal. As fibras de carbono (31) constituindo o fio chato (10) vão aumentando de comprimento de modo gradual a partir da superfície interna (12) para a superfície externa (11) do fio.

Description

CAMPO DA TÉCNICA

[001] A presente invenção se refere a um fio chato/plano utilizado como um tubo ou cano de reforço e a um método de fabricação do mesmo.

FUNDAMENTOS TÉCNICOS

[002] A periferia externa de um tubo de transporte para o transporte de óleo cru ou de gás ou de elementos do gênero ou de um cabo submarino (submerso) compreendendo de linhas de transmissão de potência ou de linhas de comunicação agrupadas ou elementos do gênero ou de outros tipos de tubos ou cabos vem a ser proporcionada contendo múltiplas camadas para a prevenção de invasão ou intrusão de água, óleo e gás ou elementos do gênero ou para o reforço e blindagem, etc. (por exemplo, veja o documento Pedido Internacional N° W02009/087348).

[003] De maneira a aumentar a resistência de um tubo ou cabo, um fio de aço chato apresentando uma seção transversal retangular enrolado em formato helicoidal junto à superfície periférica externa do tubo ou cabo. O fio de aço chato que apresenta uma elevada resistência da ordem de 1500 MPA é também capaz de ser pré-formado em uma configuração helicoidal apresentando propriedades comparativamente favoráveis na forma de material de reforço para tubos ou cabos.

[004] Entretanto, existem circunstâncias aonde o fio de aço vem a ser corroído quando o óleo cru escoando através de um tubo contém sulfeto de hidrogênio. Além do mais, o fio de aço apresenta uma gravidade específica tão elevada quanto a uma ordem de 7,8, sendo pesado. Em vista do problema de carga morta, ocorre uma limitação diante da extensão a que pode ser levado o alongamento do comprimento do cano ou do tubo fazendo uso como reforço do fio de aço configurado de forma chata.

DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO

[005] Um objetivo da presente invenção é a provisão de um fio chato que seja de peso leve e que não venha a corroer.

[006] Um objetivo adicional da presente invenção consiste na provisão de um fio chato de formato helicoidal resistente a mudanças mesmo com a passagem do tempo.

[007] Um fio chato de acordo com a presente invenção é caracterizado no sentido de compreender uma multiplicidade de fibras de carbono impregnadas com uma resina termocurável, o fio chato apresentando uma seção transversal de formato retangular e sendo configurado helicoidal de diâmetro constante na direção longitudinal de forma a apresentar uma superfície interna voltada para a direção interna em todas oportunidades e uma superfície externa voltada para a direção externa em todas oportunidades, as fibras de carbono tendo os seus comprimentos gradualmente aumentados da superfície interna para a superfície externa. O formato da seção transversal pode ser do tipo em que os quatro cantos de um retângulo se apresentem arredondados ou possuam uma curvatura algo arqueada.

[008] Um fio chato de acordo com a presente invenção apresenta uma multiplicidade de fibras de carbono havendo sido impregnadas com uma resina termocurável agrupadas de modo que a seção transversal do fio chato se apresente retangular. As fibras de carbono são configuradas em um formato helicoidal de comprimento limitado e diâmetro constante na direção longitudinal ao longo de toda sua extensão. O formato retangular da seção transversal é o mesmo ao longo de toda extensão do fio chato. As laterais alongadas do retângulo que aparecem na seção transversal correspondem a largura do fio chato e as laterais curtas compreendem da espessura do fio chato.

[009] O fio chato da presente invenção compreende de uma multiplicidade de fibras de carbono de diferenciados comprimentos. Ou seja, no fio chato helicoidal de comprimento pré-determinado, os comprimentos das fibras de carbono constituindo a superfície interna do fio chato são os menores possíveis enquanto que os comprimentos das fibras de carbono constituindo a superfície externa são os maiores possíveis. As fibras de carbono aumentam de comprimento gradualmente a partir da superfície interna para a superfície externa.

[010] De acordo com a presente invenção, uma vez que as fibras de carbono aumentam de comprimento de maneira gradual a partir da superfície interna para a superfície externa do fio chato helicoidal (quanto mais próximas elas se encontram da superfície externa, maior o comprimento das fibras de carbono, e quanto mais próximas elas se encontram da superfície interna menor o comprimento das fias de carbono), o fio chato praticamente não exibe ou exibe muito pouca deformação (tensão interna). O formato helicoidal é preservado como se apresenta (o formato helicoidal é resistente a mudanças) mesmo com a passagem do tempo, não vindo a ser evidenciada qualquer perda de formato.

[011] A seção transversal do fio chato que é retangular e que veio a ser configurada em um formato helicoidal apresentando um diâmetro constante na direção longitudinal é tal que o comprimento do trajeto de uma hélice difere em cada posição na direção da espessura. No fio chato de comprimento pré- determinado, o comprimento de trajeto da hélice junto à superfície interna é o menor possível e o comprimento de trajeto da hélice junto à superfície externa é o maior possível. O comprimento de trajeto da hélice aumenta gradualmente da superfície interna em sentido à superfície externa. Em uma modalidade, uma fibra de carbono em cada posição ao longo da direção de espessura apresenta um comprimento idêntico ao comprimento de trajeto da hélice nesta posição. Uma vez que o fio chato helicoidal compreende de uma multiplicidade de fibras de carbono em uma condição em que elas não se alonguem ou contraiam, o fio chato obtido estará livre de deformações (tensões internas) e o formato helicoidal poderá ser preservado ao longo de um extenso período de tempo.

[012] Considera-se um eixo x ao longo da espessura do fio chato aonde se assume que a direção a partir da superfície interna para a superfície externa é positiva. Se for assumido que o centro ao longo da direção da espessura (um ponto intermediário entre as superfícies interna e externa) seja a origem (x=0) do eixo x, assumindo que L representa o comprimento de uma fibra de carbono helicoidal situada no centro ao longo da direção de espessura (a origem do eixo x) e assumindo que 1/k representa o raio de curvatura da fibra de carbono helicoidal situada no centro ao longo da direção da espessura, então, o comprimento de uma fibra de carbono helicoidal em cada posição ao longo da direção de espessura do fio chato será representada por L(1+ kx). Por exemplo, caso a espessura do fio chato seja t, então, o comprimento de uma fibra de carbono na superfície externa do fio chato será representado por L(1+kt/2), enquanto que o comprimento de uma fibra de carbono na superfície interna será representado por L(1-kt/2). O comprimento de uma fibra de carbono helicoidal em cada posição ao longo da direção de espessura do fio chato é definido de acordo com o raio de curvatura helicoidal 1/k e a espessura t do fio chato.

[013] Tipicamente, o fio chato da presente invenção é empregado como reforço para tubos de transporte efetuando o transporte de gás, óleo cru ou elementos do gênero ou para cabos submarinos (submersos) aonde as linhas de transmissão de potência ou de comunicação ou coisas do gênero vem a ser agrupadas. Uma quantidade de fios chatos vem a ser arranjada longitudinalmente junto à superfície periférica externa do tubo de transporte ou cabo submarino na direção longitudinal do tubo de transporte ou cabo submarino. Uma quantidade de fios chatos helicoidais vem a ser enrolada de forma helicoidal junto à superfície periférica externa do tubo de transporte ou do cabo submarino de modo que a periferia do tubo de transporte ou do cabo submarino venha a ser revestida por uma quantidade de fios chatos. Conforme mencionado acima, o fio chato de acordo com a presente invenção é tal que o seu formato helicoidal é resistente a mudança mesmo com a passagem do tempo. Tem-se que a partir daí que o formato helicoidal ao qual o fio chato veio a ser configurado é preservado, sendo idêntico ao formato original quando do tempo de sua fabricação mesmo no caso aonde esse fio chato seja fornecido junto à superfície periférica externa de um tubo de transporte ou cabo submarino após ter-se já transcorrido um dado tempo desde o seu momento de fabricação. O fio chato pode ser enrolado de forma descomplicada sobre a superfície periférica externa de um tubo de transporte ou cabo submarino.

[014] Uma vez que o fio chato de acordo com a presente invenção é obtido pelo agrupamento de uma multiplicidade de fibras de carbono, ele apresenta um peso mais leve do que o fio de aço de mesmo formato e dimensões e não apresenta quaisquer problemas de vir a corroer com o tempo e não apresenta qualquer vulnerabilidade quanto a presença do hidrogênio especificamente presente em materiais metálicos. Um tubo ou cabo que faz uso de tal tipo de fio chato como reforço apresenta peso leve e tem grande durabilidade e resistência. Uma vez que o tubo ou cabo de peso leve reforçados com fio chato podem ser fabricados dessa forma, pode ser obtido igualmente o alongamento do tubo ou do cabo.

[015] Um método de fabricação de um fio chato de acordo com a presente invenção consiste do fornecimento de fibras de carbono a partir de uma pluralidade de carretéis de fornecimento, mediante os quais as fibras de carbono vieram por ser enroladas, havendo uma uniformidade de distribuição de tensão das fibras de carbono; sendo impregnadas com uma resina termocurável que é disponibilizada a partir dos carretéis de fornecimento; configurando e formando as fibras de carbono impregnadas com a resina termocurável em um feixe por meio de uma matriz de tal modo que a seção transversal da mesma venha a assumir um formato retangular; enrolando o feixe configurado das fibras de carbono impregnadas com resina termocurável em um rolete cilíndrico acanelado, com uma porção de tambor havendo sido assim formada para incorporar uma ranhura helicoidal, por múltiplas vezes enquanto sendo aplicado calor à mesma, com a posterior alimentação do feixe a partir do rolete acanelado; conduzindo até a um carretel de ingresso o agrupamento de fibras de carbono que vieram a ser configuradas em formato helicoidal sendo alimentadas a partir do rolete acanelado.

[016] Antes de ocorrer a cura da resina termocurável, o feixe de fibras de carbono impregnadas com resina termocurável é envolto por múltiplas vezes no rolete cilíndrico acanelado, o qual é formado para apresentar uma ranhura helicoidal na sua porção de tambor ao longo da ranhura helicoidal. Com a resina termocurável sob uma condição aonde ainda não veio a ocorrer a cura é possível que as fibras de carbono se movimentem em sua direção longitudinal (posicionalmente desviadas). Uma vez que a porção de tambor do rolete acanelado é cilíndrica, as fibras de carbono situadas na superfície externa do agrupamento de fibras de carbono (a superfície mais afastada do rolete acanelado) passam através de uma posição mais afastada da linha central da hélice (o eixo de rotação do rolete acanelado) do que as fibras de carbono situadas na superfície interna do agrupamento de fibras de carbono (a superfície em contato com o rolete acanelado), de modo que se aumenta o comprimento do trajeto percorrido. Tem-se a fabricação de um fio chato que inclua fibras de carbono de maiores comprimentos em sentido a superfície externa e fibras de carbono de menores comprimentos em sentido a superfície interna. Todas as fibras de carbono são fornecidas a partir dos carretéis de fornecimento sob tensões uniformes, e as fibras de carbono que são fornecidas pelos carretéis de fornecimento, que fornecem as fibras de carbono constituindo a superfície externa do agrupamento de fibras de carbono, se encontram a uma velocidade maior do que aquela referente as fibras de carbono que são fornecidas a partir dos carretéis de fornecimento que constituem a superfície interna. Um fio chato sem a presença de tensão ou de pouca tensão pode ser obtido sem vir a produzir quase nenhum alongamento ou contração extra em quaisquer das fibras de carbono que constituem o fio chato, sendo também possível se fabricar um fio chato cujo formato helicoidal não venha a se alterar por um longo período de tempo.

[017] Por exemplo, a resina epóxida é utilizada como resina termocurável.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[018] A FIG. 1 consiste na visualização frontal de um tubo flexível; A FIG. 2 consiste em uma visualização frontal de um fio chato; A FIG. 3 consiste em uma visualização da seção ampliada do fio chato tomada ao longo da linha lll-lll da FIG.2 ; A FIG. 4 consiste em uma visualização em perspectiva ampliada de uma porção do fio chato; A FIG. 5 consiste em uma visualização da seção de um corpo elástico; A FIG. 6 consiste em uma visualização plana ilustrando esquematicamente uma aparelhagem para a fabricação do fio chato; A FIG. 7 consiste em uma visualização frontal da aparelhagem mostrada na FIG. 6 para a fabricação do fio chato.

MELHOR MODO PARA A EXECUÇÃO DA INVENÇÃO

[019] A FIG. 1 consiste em uma visualização frontal de um tubo flexível 1 para o transporte de óleo cru, gás ou elementos do gênero. Tem-se ilustrado na FIG. 1 uma visualização de um conduto 2, de uma blindagem interna 3, de uma camada de pressão 4 e duas camadas de tensão 5 e 6 que constituem o tubo flexível 1.

[020] O conduto 2 é posicionado no centro do tubo flexível 1. A blindagem interna 3, a camada de pressão 4, as duas camadas de tensão 5 e 6 e a blindagem externa 7 são providas junto à periferia externa do conduto 2 na ordem mencionada.

[021] O conduto 2 é formado pelo arranjo de uma quantidade de membros anulares de aço inoxidável identicamente configurados 2a em uma fileira com as suas superfícies periféricas externas em concordância. Os membros anulares mutuamente adjacentes 2a são adaptados de forma a formarem um cilindro com as suas porções circunferenciais de extremidade são engatadas entre si através de um mecanismo de malha (não mostrado). O interior do conduto 2 é oco com o óleo cru, gás e elementos do gênero passando pelo mesmo.

[022] A superfície periférica externa do conduto 2 é revestida com uma resina termocurável tal como o náilon constituindo a blindagem interna 3.

[023] A camada de pressão 4 é provida junto à superfície periférica externa da blindagem interna 3. De modo semelhante ao procedido para o conduto 2, a camada de pressão 4 também é constituída por uma quantidade de membros anulares de aço inoxidável identicamente configurados 4a. Os membros anulares 4a mutuamente adjacentes são adaptados de modo a virem a formar um cilindro e as suas porções circunferenciais de extremidade são engatadas entre si por meio de um mecanismo de entrelaçamento (não mostrado).

[024] As duas camadas de tensão 5 e 6 são providas junto à superfície periférica externa da camada de pressão 4. A camada de tensão 5 é constituída por uma quantidade de fios chatos 10 configurados sob formato helicoidal. A camada de tensão 5 é construída através da disposição e enrolamento de uma quantidade de fios chatos 10 configurados helicoidal posicionados longitudinalmente em tomo da camada de pressão 4 na direção longitudinal do tubo flexível 1, revestindo dessa forma a periferia da camada de pressão 4. A camada de tensão 6 é também constituída por uma quantidade de fios chatos 20 configurados por um formato helicoidal. A camada de tensão 6 é construída pela disposição e enrolamento de uma quantidade de fios chatos helicoidais 20 em tomo da camada de tensão 5, revestindo dessa maneira a camada de tensão 5. Os fios chatos 10 e 20 são enrolados de tal maneira que as direções das hélices se apresentam opostas entre si, como exemplo tem-se que com os fios chatos 20 sendo observados na superfície periférica externa da camada de tensão 5 na forma de uma hélice em sentido anti-horário, no caso dos fios chatos 10 terem sido enrolados na superfície periférica externa da camada de pressão 4 sob a forma de uma hélice em sentido horário.

[025] A superfície periférica externa da camada de tensão 6 é revestida por uma resina termocurável tal como náilon que constitui a blindagem externa 7.

[026] O tubo flexível 1 é empregado de forma a transportar óleo cru, gás ou elementos do gênero, como por exemplo, a partir de campos petrolíferos costeiros. O tubo flexível 1 exibe flexibilidade sendo hermético a entrada de água ou de ar apresentando uma resistência capaz de suportar tanto a pressão externa (pressão da água) quanto a pressão interna.

[027] A FIG. 2 consiste em uma vista frontal do fio chato 10 apresentando um comprimento de dois períodos. A FIG. 3 consiste em uma vista ampliada da seção tomada ao longo da linha lll-lll da FIG, 2. A FIG. 4 consiste em uma vista em perspectiva ilustrando o fio chato 10 contendo um comprimento de um período. Por uma questão de simplificação, o fio chato 10 mostrado na FIG. 4 é desenhado com uma considerável ênfase em suas largura e espessura.

[028] O fio chato 10 é feito do denominado Plástico de Reforço de Fibra de Carbono (CFRP) composto de um grande número de fibras de carbono 31 (da ordem de 1800 000 a 480 000) impregnadas com uma resina termocurável (por exemplo, resina epóxida), apresentando um comprimento limitado e possuindo um formato periódico de uma hélice. Ou seja, em termos da configuração genérica do fio chato 10 o seu formato ao longo de uma linha central S de uma hélice (a linha central é indicada por um círculo negro na FIG. 3 e por uma linha pontilhada na FIG. 4) enquanto que sendo retorcido em torno da linha central. O diâmetro da hélice (raio de afastamento a) (veja a FIG. 3) é constante.

[029] O fio chato 10 apresenta um formato chato com a sua seção transversal se apresentando substancialmente retangular com as duas laterais alongadas e as duas laterais curtas que surgem na seção transversal correspondendo respectivamente com a largura e espessura do fio chato 10. O fio chato 10, por exemplo, é formado de maneira a apresentar uma largura de 5 a 20 mm, e uma espessura de 2 a 6 mm, com o seu comprimento genérico dependendo (ou preferencialmente se conjugando) com o comprimento do tubo flexível 1 (FIG. 1) atuando como o produto acabado.

[030] O fio chato 10 é tal que ao longo de todo comprimento, uma superfície 11 formando a largura do fio chato 10 está voltada para a direção externa em todas as oportunidades (na direção afastada da linha central S da hélice), enquanto que a superfície 12 na lateral oposta está voltada para a direção interna em todas as oportunidades (na direção convergindo para a linha central S da hélice). Em seguida, a superfície 11 do fio chato 10 que está voltada para a direção externa em todas as oportunidades será referida como a superfície externa 11, e a superfície 12 voltada para a direção interna em todas as oportunidades será referida como a superfície 12. Por uma questão de simplicidade, a superfície externa 11 do fio chato 10 é indicada em negrito na FIG. 4.

[031] Conforme mencionado acima, o fio chato 10 é formado pelo agrupamento da multiplicidade de fibras de carbono 31, com as fibras de carbono sendo dispostas também de forma helicoidal ao longo do formato helicoidal do fio chato 10. Por exemplo, as fibras de carbono 31 situadas na superfície externa 11 do fio chato 10 encontram-se sempre situadas na superfície externa 11 do fio chato 10. As fibras de carbono 31 situadas na superfície interna 12 do fio chato 10 se encontram sempre situadas na superfície interna 12 do fio chato 10. Ou seja, cada uma da multiplicidade de fibras de carbono 31 apresenta o mesmo posicionamento na seção transversal a despeito do posicionamento da seção transversal direção do fio chato 10. Cada uma da multiplicidade de fibras de carbono 31, por exemplo, apresenta um diâmetro de 7 pm. Por uma questão de clareza, na FIG.4 a multiplicidade de fibras de carbono são desenhadas com uma ênfase considerável em seus diâmetros.

[032] O fio chato 10 é tal que os comprimentos da multiplicidade de fibras de carbono 31 diferem de uma posição para outra ao longo da direção de espessura do fio chato.

[033] De maneira a se expressar quantitativamente os comprimentos das fibras de carbono 31, considera-se um corpo elástico apresentando uma seção transversal retangular em uma condição aonde ela veio a ser deformada a um formato helicoidal de diâmetro constante na direção longitudinal de forma a apresentar uma superfície interna voltada para a direção interna em todas as oportunidades e uma superfície externa voltada para a direção externa em todas as oportunidades. Com referência a FIG.5 mostrando uma seção transversal de um corpo elástico 70 foi assumido um plano intermediário 72 (junto a uma posição central na direção da espessura) do corpo elástico como sendo a origem (x=0) e definiu-se um eixo x aonde a direção a partir da superfície interna 73 em sentido a superfície externa 71 é tomada como positiva, sendo que a superfície interna 73 atua mediante a ação de uma força de compressão e a superfície externa 71 por meio de uma força de tensão devido a deformação helicoidal. Além disso foi assumido que o raio de curvatura do corpo elástico 70 deformado de modo helicoidal no plano intermediário 72 é 1/k. Caso as forças de compressão e tensão mencionadas anteriormente sejam expressas pela deformação ε(x) produzida em qualquer posição x na direção da espessura da seção transversal do corpo elástico 70, então, a deformação ε(x) será representada pela equação a seguir: deformação ε(x) = {(1/k + x) - 1/k}/(1/k) = kx - Equação 1

[034] Caso a espessura do corpo elástico seja representada por t, então, como forma de exemplo, a deformação (daqui em diante referida como a deformação na superfície externa ε1) produzida na superfície externa 71 devido a força de tensão e a deformação (daqui em diante referida como a deformação na superfície interna ε2) e a força de tensão mencionados anteriormente produzido na superfície interna 73 devido a presença da força de compressão mencionada anteriormente será representado pelas seguintes equações: deformação na superfície externa ε1= {(1/k +t/2) -1/k}/(1/k) = kt/2 - Equação 2 deformação na superfície interna ε2 =(1/k -t/2) -1/k}/(1/k) = -kt/2 - Equação 3

[035] Os comprimentos da multiplicidade de fibras de carbono 31 do fio chato 10 diferem de tal maneira que a deformação mencionada acima (forças de compressão e tensão) não virá a ser gerada. A diferença em comprimento de posição para posição ao longo da direção de espessura é produzida até a uma extensão a eliminar a deformação mencionada acima. As fibras de carbono 31 constituindo o fio chato 10 se movimentam (desviam) posicionalmente na direção longitudinal, quando da fabricação do fio chato 10, de tal maneira que esta diferença no comprimento não irá mais ocorrer. (Os detalhes dizendo respeito a fabricação do fio chato 10 serão descritos posteriormente). Uma outra forma de expressar isto significa afirmar que cada uma das multiplicidade de fibras de carbono 31 constituindo o fio chato 10 apresentam um comprimento idêntico ao comprimento de trajeto da hélice em cada posição na direção de espessura do fio chato 10, com todas as multiplicidades de fibras de carbono 31 se apresentando livres de alongamento e contração, ficando, portanto, o fio chato 10 livre de deformação.

[036] Com referência a FIG. 4, considerando o comprimento da fibra de carbono 31 (idêntico ao comprimento de trajeto ao longo da hélice) junto à posição central C ao longo da direção de espessura em um fio chato 10 de comprimento pré-determinado (um comprimento equivalente a um período) como uma referência, assume-se que este comprimento pode ser representado por L. Além disso, assume-se que o raio de curvatura da fibra de carbono 31 helicoidal na posição central pode ser 1/k. Neste caso tendo por base a Equação 1, o comprimento da fibra de carbono 31 constituindo o fio chato 10 em qualquer posição x (considerando o eixo x semelhante ao mostrado na FIG. 5) na direção de espessura do fio chato 10 pode ser representado pela equação a seguir: Comprimento da fibra de carbono = L(1+xk) - Equação 4

[037] Por exemplo, a fibra de carbono 31 na posição A na superfície externa 11 do fio chato 10 e a fibra de carbono 31 na posição B na superfície interna 12 irão apresentar comprimentos que são representados pelas equações a seguir com base na deformação ε1 na superfície externa (Equação 2) mencionado acima e na deformação ε2 na superfície interna (Equação 3): comprimento da fibra de carbono 31 na posição A na superfície externa 11 = L{1+(kt/2)}-Equação 5 comprimento da fibra de carbono 31 na posição B na superfície interna 12 = L{1-(kt/2)} - Equação 6

[038] Além disso, caso seja assumido que cp representa o ângulo de torção (veja a FIG. 2) do fio chato 10 (este representa o ângulo de torção da fibra de carbono junto à posição central C na direção de espessura) e assumindo que o raio do afastamento do fio chato 10 (este sendo o raio da hélice da fibra de carbono 31 na posição central C na direção da espessura), então a curvatura k junto à posição central C na direção da espessura do fio chato 10 é calcula de acordo com a equação abaixo: curvatura k = sen2cp /a - Equação 7

[039] Conforme mencionado acima a multiplicidade de fibras de carbono 31 constituindo o fio chato 10 apresentam uma diferença em comprimento, que não irá dar surgimento a uma deformação no fio chato 10, de uma posição para outra ao longo da direção de espessura do fio chato. O comprimento da fibra de carbono 31 de uma posição a outra ao longo da direção de espessura pode ser expressa quantitativamente pela Equação 4 acima. Caso a Equação 4 seja expressa a partir de um ponto de vista da estrutura do fio chato 10 então pode-se afirmar que a multiplicidade de fibras de carbono 31 o fio chato 10 torna-se maior em comprimento em sentido a superfície externa 11 e, de modo inverso, torna-se menor em comprimento em sentido a superfície interna 12. Uma vez que o fio chato 10 encontra-se livre de deformação o formato helicoidal do fio chato 10 não irá mudar mesmo com a passagem do tempo e a curvatura original (raio de curvatura 1/k), o ângulo de torção tpeo raio de afastamento a que predominantes ao tempo da fabricação virão a ser preservados desde a fabricação do fio chato 10 até a fabricação do tubo flexível 1. No processo concernente a fabricação do tubo flexível 1, o fio chato 10 pode ser enrolado em torno da superfície periférica externa da camada de pressão 4 de acordo com o projeto original.

[040] Com respeito ainda ao fio chato helicoidal 20 que constitui a camada de tensão 6, este vem a ser composto de uma multiplicidade de fibras de carbono 31, dom a multiplicidade de fibras de carbono 31 diferindo em comprimento de tal maneira que a deformação mencionada acima não virá a ser gerada no fio chato 20, com as fibras de carbono tendo os seus comprimentos aumentados em sentido da superfície externa do fio chato 20, e, de modo inverso, terão os comprimentos diminuídos em sentido da superfície interna, de maneira similar aquela referente ao fio chato 10 mencionado acima. Uma vez que o fio chato 20 se encontra livre de deformação, o formato helicoidal do fio chato 20 virá a ser preservado ao longo de um grande período de tempo.

[041] A FIG. 6 consiste em uma visualização plana ilustrando esquematicamente uma aparelhagem para a fabricação do fio chato helicoidal 10 descrito acima, e a FIG. 7 consiste em uma visualização frontal da aparelhagem de fabricação, mostrada na FIG. 6, conforme pode ser visto a partir de uma de suas laterais.

[042] As fibras de carbono 31 foram enroladas em tomo de uma das respectivas pluralidades (de 15 a 40) carretéis de fornecimento 41. (Somente seis carretéis de fornecimento são ilustrados na FIG. 6, e somente nove carretéis de fornecimento são ilustrados na FIG. 7). Uma vez que os fios das fibras de carbono 31 são extremamente roliços (com um diâmetro de em tomo de 7pm, conforme anteriormente mencionado), um grupo de 12000 fibras de carbono vem a ser proporcionado, antecipadamente, por exemplo, junto à cada carretel de fornecimento 41. Um dispositivo de controle de torque (por exemplo, PERMA-TORK) (não mostrado) é instalado junto a um eixo mecânico giratório de cada carretel de fornecimento 41 de modo que 120 000 fibras de carbono venham a ser fornecidas a partir de cada pluralidade de carretéis de fornecimento 41 por uma força de tensão idêntica. Por uma questão de clareza, os carretéis de fornecimento 41 que fornecem a porção das fibras de carbono 31 constituindo a superfície externa 11 do fio 10 (veja as Figuras 3 e 4), os carretéis de fornecimento 41 que fornecem a porção das fibras de carbono 31 constituindo a porção central do fio chato 10 na sua direção de espessura, e os carretéis de fornecimento 41 que fornecem a porção das fibras de carbono 31 constituindo a superfície interna 12 do fio chato 10 são indicados, respectivamente, na FIG. 7, através de numerais de referência 41 A, 41B e 41C, de forma a se fazer uma distinção entre os mesmos.

[043] Após passagem através dos roletes guias 51, 52, as fibras de carbono 31 que hajam sido fornecidas a partir de uma pluralidade de carretéis de fornecimento 41 sob uma idêntica tensão avançam até ao carretel guia 53 e junto a localização do carretel guia 53 elas são imersas em uma resina epóxida líquida 56 banhada em um banho de resina epóxida 55. As fibras de carbono 31 são impregnadas com resina epóxida 56 imersas no banho de resina epóxida 55. As fibras de carbono 31 impregnadas com resina epóxida 56 avançam até a uma matriz 57 via o rolete de condução 54.

[044] A matriz 57 é formada contendo uma passagem 57a. A passagem 57a que contém uma seção transversal retangular é formada de maneira a vir afunilando da entrada até a sua saída. As fibras de carbono 31 impregnadas com resina epóxida 56 vem a passar através da passagem 57a da matriz 57 desde a entrada até a saída, sendo que no caso uma multiplicidade de fibras de carbono 31 vem a ser agrupada em conjunto. O formato da seção transversal do agrupamento de fibras de carbono 31 consiste no formato correspondendo ao formato da seção transversal da passagem 57a, neste caso um retângulo.

[045] As fibras de carbono 31 que hajam passado através da matriz 57 avançam até a uma fornalha térmica 59. A fornalha térmica 59 é disponibilizada incorporando um rolete cilíndrico acanelado 58 (formando um cilindro) cuja porção de tambor do mesmo é formada para incorporar uma ranhura helicoidal 58a. O agrupamento de fibras de carbono 31 é envolto múltiplas vezes diante da porção de tambor do rolete acanelado 58 ao longo da ranhura helicoidal 58a sendo posteriormente alimentado a partir do rolete acanelado 58.

[046] O interior da fornalha térmica 59 é aquecido a uma temperatura elevada de modo que a resina epóxida 56 impregnando as fibras de carbono 31 venha a ser gradualmente curada no interior da fornalha térmica 59. Entretanto, é possível que as fibras de carbono 31 se desloquem (se desviem posicionalmente) nas suas direções longitudinais sem haver a cura da resina epóxida 56 junto às fibras de carbono 31 imediatamente junto as suas entradas na fornalha térmica 59. o rolete acanelado 59 apresenta um formato cilíndrico. Quando as fibras de carbono 31 são enroladas no rolete acanelado 58 na ranhura helicoidal 58a da porção de tambor, as fibras de carbono 31 se localizam na superfície externa do agrupamento de fibras de carbono 31 (a superfície mais afastada da ranhura 58a do rolete acanelado 58) passam através de uma posição mais afastada da linha central da hélice (o eixo de rotação do rolete acanelado) do que as fibras de carbono 31 situadas na superfície interna do agrupamento de fibras de carbono 31 (a superfície em contato com a ranhura 58a do rolete acanelado 58). Tem-se como resultado que quando as fibras de carbono 31 são enroladas em tomo do rolete acanelado 58, as fibras de carbono 31 situadas na superfície externa do agrupamento de fibras de carbono 31 incorporam fibras de carbono 31 de maior comprimento em comparação com as fibras de carbono 31 situadas na superfície interna. As fibras de carbono 31 aumentam de comprimento gradualmente a partir da superfície interna para a superfície externa.

[047] Uma vez que todas as fibras de carbono 31 são fornecidas a partir dos carretéis de fornecimento 41 sob uma tensão uniformizada, conforme mencionado anteriormente, as múltiplas fibras de carbono 31 constituindo o agrupamento de fibras de carbono 31 não desenvolvem quaisquer diferenças visíveis no comprimento que venham a esticar as fibras. De fato, as múltiplas fibras de carbono 31 não desenvolvem quase nenhum alongamento ou contração. A diferença no comprimento das fibras de carbono 31 é produzida a partir do enrolamento das mesmas no rolete cilíndrico acanelado 58 da maneira descrita acima. Com referência a FIG. 7 as fibras de carbono 31 são fornecidas a partir dos carretéis de fornecimento 41 A, os quais fornecem as fibras de carbono 31 constituindo a superfície externa do agrupamento de fibras de carbono 31, a uma velocidade superior aquela referente a das fibras de carbono que são fornecidas a partir dos carretéis de fornecimento 41B, os quais disponibilizam com fibras de carbono 31 que constituem a superfície interna. As fibras de carbono 31 são fornecidas pelos carretéis de fornecimento 41C, os quais fornecem as fibras de carbono 31 situadas na parte central do agrupamento de fibras de carbono 31 na direção da espessura, a uma velocidade intermediária com que o fornecimento se processa nos carretéis de fornecimento 41A e 41 B. Tem-se que ocorre a produção de uma diferença que vem a ser gerada no comprimento das fibras de carbono 31 de uma posição para outra na direção da espessura sem ser devida ao alongamento ou contração das fibras de carbono 31.

[048] A resina epóxida 56 segue sendo curada gradualmente na fornalha térmica 59 conforme mencionado. O agrupamento de fibras de carbono 31 é configurado sob um formato helicoidal via enrolamento por múltiplas vezes na ranhura helicoidal 58a no rolete acanelado 58. Quando o agrupamento de fibras de carbono 31 é alimentado do rolete acanelado 58 seguindo para a parte externa da fornalha térmica 59, a resina epóxida é quase completamente curada, resultando em que o fio chato 10 vem a ser formado de modo helicoidal (veja as figuras 2, 3 e 4). O raio de curvatura 1/k, o ângulo de torção tpeo raio de afastamento a do formato helicoidal ao qual o fio chato 10 veio a ser formado são determinados de acordo com a quantidade de fibras de carbono 31 (a quantidade de carretéis de fornecimento 41). O diâmetro do rolete acanelado 58, o ângulo de ranhura helicoidal 58a formada no rolete acanelado 58 e a quantidade de fibras de carbono 31, etc. são determinados apropriadamente de acordo com o diâmetro, etc., do tubo flexível 1 servindo como o produto acabado.

[049] O fio chato 10 configurado sob um formato helicoidal é conduzido até a um carretel de ingresso 60 sendo preservado o formato helicoidal ao qual o mesmo foi configurado. Por exemplo, o fio chato 10 apresentando um comprimento de 3 000 metros é conduzido até ao carretel de ingresso 60. O carretel de ingresso 60 ao qual o fio chato 10 veio a ser ingresso é posteriormente transportado até a uma central de fabricação ou coisa do gênero destinado ao tubo flexível 1, o fio chato 10 é cortado dentro de um comprimento desejado conforme o necessário, enquanto que o tubo flexível 1 é fabricado (veja a FIG. 1).

[050] O fio chato 20 é fabricado também através de um processo de fabricação semelhante ao processo para a fabricação do fio chato 10 descrito acima. Os fios chatos 10 e 20 apresentam um peso que é menor (da ordem de 1/5) que o peso do fio de aço apresentando o mesmo comprimento e dimensões sem virem a exibir quaisquer problemas em termos de corrosão com o passar do tempo e de vulnerabilidade com a presença de hidrogênio específicos aos materiais metálicos. Além disso, os fios chatos exibem uma elevada resistência da ordem de 2000 MPA, ou ainda maior. O tubo flexível 1 que faz uso dos fios chatos 10 e 20 tem peso leve e tem excelente durabilidade e resistência. Uma vez que a redução no peso do tubo flexível 1 equipado com fios chatos 10 e 20 vem a ser igualmente alcançada, tem-se o alongamento do tubo flexível 1.

[051] Ao serem conduzidos até ao carretel de ingresso 60, os fios chatos 10, 20 que hajam sido formados dentro de um formato helicoidal passam por deformação elástica. De maneira a se vir a eliminar a ocorrência de rachaduras internas e ao fenômeno de rugosidades (deformação helicoidal devido a carga de fadiga de longo prazo) nos fios chatos 10, 20, o cilindro de ingresso 60 utilizado compreende aquele apresentando um diâmetro (diâmetro de tambor) capacitado a a manter a deformação vinda a ser produzida nos fios chatos 10, 20 genéricos, para abaixo de 0,005 (0,5%).

Claims

1. Fio chato (10, 20), CARACTERIZADO pelo fato de que compreende uma multiplicidade de fibras de carbono (31) impregnadas com uma resina termocurável (56); o referido fio chato (10, 20) tendo uma seção transversal de formato retangular e sendo configurado em um forma helicoidal de diâmetro constante na direção longitudinal, de forma a ter uma superfície interna (12) voltada para a direção interna em todas as oportunidades e uma superfície externa (11) voltada para a direção externa em todas as oportunidades; as referidas fibras de carbono (31) sendo de comprimento gradualmente crescente a partir da referida superfície interna (12) em direção a referida superfície externa (11).

2. Fio chato (10, 20), de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que uma fibra de carbono (31) em cada posição ao longo de uma direção conectando a referida superfície interna (12) e a referida superfície externa (11) ter um comprimento idêntico com um comprimento de trajeto de uma hélice em cada referida posição.

3. Fio chato (10, 20), de acordo com a reivindicação 1 ou 2, CARACTERIZADO pelo fato de que é composto por fibras de carbono (31) que não sofrem alongamento nem contração.

4. Tubo reforçado ou cabo reforçado (1), CARACTERIZADO pelo fato de que um número de fios chatos (10, 20) definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 3, são enrolados de modo helicoidal em uma superfície periférica externa de um tubo ou cabo (2).