BR112014022140B1

BR112014022140B1 - elemento de reforço para uma linha flexível, linha flexível destinada a ser colocada em uma extensão de água, método de controle das propriedades de uma linha flexível e processo de fabricação de um elemento de reforço

Info

Publication number: BR112014022140B1
Application number: BR112014022140-5A
Authority: BR
Inventors: An Tuan Do
Original assignee: Technip France
Priority date: 2012-03-06
Filing date: 2013-03-06
Publication date: 2020-07-07
Also published as: US20150030295A1; WO2013131972A1; FR2987883B1; FR2987883A1; EP2823206B1; DK2823206T3; US9658421B2; EP2823206A1

Abstract

ELEMENTO DE REFORÇO PARA UMA LINHA FLEXÍVEL, LINHA FLEXÍVEL DESTINADA A SER COLOCADA EM UMA EXTENSÃO DE ÁGUA, MÉTODO DE CONTROLE DAS PROPRIEDADES DE UMA LINHA FLEXÍVEL E PROCESSO DE FABRICAÇÃO DE UM ELEMENTO DE REFORÇO Este elemento comporta uma pluralidade de filamentos longitudinais (52) de fibras de carbono e uma matriz (50) em polímero que recebe os filamentos (52) para ligá-los entre si, a qual matriz (50) forma uma tira destinada a ser enrolada em torno de um corpo longitudinal da linha flexível. O elemento de reforço (42) comporta pelo menos uma fibra ótica (54) recebida na matriz (50), a qual fibra ótica (54) apresenta um alongamento à ruptura superior a 2%, tal como medido pela norma ASTM-D 885-03.

Description

CAMPO DA INVENÇÃO

[001] A invenção trata de um elemento de reforço para uma linha flexível destinada a ser colocada em uma extensão de água, que compreende: - uma pluralidade de filamentos longitudinais de fibras de carbono; - uma matriz de polímero que recebe os filamentos para ligá-los entre si, a qual matriz forma uma tira destinada a ser enrolada em torno de um corpo longitudinal da linha flexível.

[002] A linha flexível é vantajosamente um conduto flexível tal como descritos nos documentos normativos publicados pelo American Petroleum Institute (API), API 17J e API RP 17B, bem conhecidos do técnico no assunto.

[003] Essa definição engloba indiferentemente os condutos flexíveis de tipo não ligado (“unbonded” em inglês) ou do tipo ligado (“bonded” em inglês).

[004] Mais geralmente, o conduto flexível pode ser um feixe compósito de tipo “bundle” que compreende pelo menos um tubo de transporte de fluido e um conjunto de elos elétricos, hidráulicos ou óticos próprios para transportar uma potência elétrica ou hidráulica, ou uma informação, entre o fundo e a superfície da extensão de água.

[005] Em outra variante, ainda, a linha flexível é uma linha umbilical que compreende um conjunto de linhas elétricas e/ou óticas e/ou hidráulicas próprias para transportar uma informação, uma potência elétrica ou uma potência hidráulica.

[006] Tais linhas flexíveis são usadas, em particular, nas profundezas do mar na indústria petroleira, e se estendem frequentemente através de uma extensão de água entre uma instalação de superfície e um conjunto de fundo. Essas linhas flexíveis podem igualmente se estender no fundo da extensão de água entre instalações de fundo.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

[007] Para utilizar as linhas flexíveis nesse tipo de aplicações, é preciso reforçá-las em virtude dos esforços e das pressões aplicadas sobre a linha. Para esse fim, os condutos flexíveis comportam geralmente, de dentro para fora, uma carcaça metálica, para suportar os esforços radiais de esmagamento, uma bainha interna de estanqueidade de polímero, para conter o fluido transportado, uma abóboda de pressão, para resistir à pressão interna do fluido transportado na bainha interna, e mantas de reforços equilibradas para suportar os esforços de tensão axial.

[008] O conduto compreende geralmente uma bainha externa de polímero para proteger o conjunto do conduto e, em particular, para impedir que a água penetre em sua espessura.

[009] A carcaça interna e a abóboda de pressão são geralmente constituídas de elementos longitudinais enrolados com um passo curto. Elas conferem ao conduto sua resistência aos esforços radiais.

[0010] As mantas de reforços são frequentemente constituídas de perfis metálicos enrolados com passos longos, para suportar os esforços axiais.

[0011] As mantas de reforços metálicas apresentam a desvantagem de ser sensíveis à corrosão, e de apresentar um peso elevado.

[0012] Para superar esse problema, o pedido de patente de WO 99/49259 da Depositante descreve reforços compósitos, realizados à base de fibras de carbono.

[0013] Os reforços são formados à base de elementos de reforços do tipo precitado, que compreendem uma matriz plástica em forma de tira e filamentos longitudinais de fibras de carbono, de preferência organizados em forma de mechas, que estão imersas na matriz.

[0014] Tal tira apresenta características mecânicas muito satisfatórias, em virtude da alta tenacidade e da grande inércia química das fibras de carbono. Além disso, o custo das fibras de carbono é relativamente baixo em comparação com o de outras fibras.

[0015] Tais reforços são geralmente muito robustos e permitem que a linha flexível esteja disposta na extensão de água durante períodos de tempo muito longos.

[0016] Entretanto, em certos casos, pode ser desejável verificar se a linha flexível conserva sua integridade, em particular, um pouco depois de sua instalação, e durante seu uso.

[0017] Uma finalidade da invenção é, portanto, dispor de um elemento de reforço que apresente uma estrutura leve e extremamente robusta, e que possa ser colocada uma linha flexível cuja integridade possa ser medida ao longo do tempo.

DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO

[0018] Para esse fim, a invenção tem por objeto um elemento de reforço do tipo precitado, caracterizado pelo fato de que o elemento de reforço comporta pelo menos uma fibra ótica recebida na matriz, a qual fibra ótica apresenta um alongamento à ruptura superior a 2%, tal como medido pela norma ASTM-D 885-03.

[0019] O elemento de reforço de acordo com a invenção pode compreender uma ou mais das características a seguir, consideradas isoladamente ou de acordo com quaisquer combinações tecnicamente possíveis: - o alongamento à ruptura da fibra ótica, medido pela norma ASTM-D 885-03, é superior a 5%, vantajosamente superior a 8%; - a fibra ótica é uma fibra ótica polimérica; - a fibra ótica é realizada a partir de um polímero metacrilato, tal como polimetilmetacrilato (PMMA), à base de um polímero estirênico tal como poliestireno, à base de um polímero policarbonato, à base de um polímero poliolefina, tal como metilpenteno, à base de um polímero poliacrilonitrila, à base de um polímero suscetível de ser obtido por oxidação de um polímero de acrilonitrila ou à base de uma mistura desses polímeros; - a fibra ótica é realizada a partir de um polímero polimetilmetacrilato, de um polímero poliacrilonitrila e/ou de um polímero suscetível de ser obtido por oxidação de um polímero de acrilonitrila; - a fibra ótica é à base de um polímero poliacrilonitrila ou de um polímero suscetível de ser obtido por oxidação de um polímero de acrilonitrila; - a fibra ótica está totalmente imersa na matriz; - a matriz é realizada à base de uma resina termoplástica, em particular escolhida entre as resinas polimetilmetacrilato (PMMA), poliacrilato, poliacrilonitrila (PAN), poliamida (PA ou Nylon), poliamida-imida (PAI), poliariletercetona (PAEK), poliolefina, policarbonato (PC), policetona (PK), poliéster, polieteretercetona (PEEK), polietercetonacetona (PEKK), polieterimida (PEI), poliimida (Pl), poliestireno (PS), polietersulfona (PES), sulfeto de polifenileno (PPS), polissulfona (PSU), polímero fluorado termoplástico tal como o polifluoreto de vinilideno (PVDF), o politetrafluoroetileno (PTFE), o policlorotrifluoroetileno (PCTFE), o polietileno clorotrifluoroetileno (PECTFE) ou o polietileno tetrafluoroetileno (PETFE), ou uma mistura dessas resinas; - o diâmetro da fibra ótica é inferior a 50 micrômetros.

[0020] A invenção te, igualmente por objeto uma linha flexível destinada a ser colocada em uma extensão de água, caracterizada pelo fato de que comporta: - um corpo longitudinal; - pelo menos um elemento de reforço tal como descrito acima, enrolado no corpo ou enrolado em torno do corpo.

[0021] A linha de acordo com a invenção pode compreender uma ou mais das características a seguir, consideradas isoladamente ou de acordo com quaisquer combinações tecnicamente possíveis: - o corpo longitudinal é uma bainha interna que delimita uma passagem de circulação de um fluido, e o elemento de reforço está enrolado em tomo da bainha interna fora da bainha interna; - o corpo longitudinal é um invólucro de retenção que contém pelo menos um tubo de transporte de fluido, e/ou pelo menos um elo funcional destinado a encaminhar uma informação, um sinal elétrico e/ou ótico, e/ou uma potência elétrica, o elemento de reforço está enrolado em torno do corpo.

[0022] A invenção tem igualmente por objeto um método de controle das propriedades de uma linha flexível tal como definida acima, caracterizada pelo fato de que comporta as seguintes etapas: - conexão da fibra ótica presente no elemento de reforço a um aparelho de emissão de um sinal ótico destinado a ser injetado na fibra ótica e a um aparelho de medida de um sinal ótico que transitou através da fibra; - injeção de um sinal ótico pelo aparelho de emissão do sinal ótico; - circulação do sinal ótico através da fibra ótica presente no elemento de reforço; - medida de um sinal ótico que transitou na fibra ótica pelo aparelho de medida.

[0023] A invenção tem igualmente por objeto um processo de fabricação de um elemento de reforço tal como definido acima, caracterizado pelo fato de que comporta as seguintes etapas: - fornecimento de uma pluralidade de filamentos longitudinais de fibra de carbono; - formação de uma matriz de polímero que recebe os filamentos, para ligar os filamentos entre si, a qual matriz forma uma tira destinada a ser enrolada em tomo de um corpo longitudinal da linha flexível; caracterizado pelo fato de que o processo comporta uma etapa de disposição de pelo menos uma fibra ótica na matriz, a qual fibra ótica apresenta um alongamento à ruptura superior a 2%, tal como medido pela norma ASTM- D 885-03.

[0024] O processo de acordo com a invenção pode compreender a seguinte característica: - a matriz é formada por pultrusão ou por extrusão de um polímero.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0025] A invenção será mais bem compreendida com a leitura da descrição a seguir, dada unicamente a título de exemplo, e feita em relação aos desenhos anexos, nos quais: - a figura 1 é uma vista esquemática em corte parcial de uma première instalação de exploração de fluido através de uma extensão de água, que utiliza uma linha flexível dotada de um primeiro elemento de reforço de acordo com a invenção; - a figura 2 é uma vista em perspectiva parcialmente explodida de um primeiro exemplo de linha flexível de acordo com a invenção; - a figura 3 é uma vista de uma seção transversal de um primeiro exemplo de elemento de reforço de acordo com a invenção; - a figura 4 é um esquema sinótico funcional que ilustra diferentes etapas de um processo de fabricação de um elemento de reforço de acordo com a invenção; - a figura 5 é uma análoga à figura 3 de uma variante de element de reforço de acordo com a invenção.

DESCRIÇÃO DE REALIZAÇÕES DA INVENÇÃO

[0026] Uma primeira linha flexível 10 de acordo com a invenção é ilustrada pelas figuras 1 a 3.

[0027] A linha flexível 10 está disposta através de uma extensão de água 12 em uma instalação 14 de exploração de fluido, em particular, de hidrocarbonetos.

[0028] A extensão de água 12 é, por exemplo, um lago, um mar ou um oceano. A profundidade da extensão de água 12 perpendicularmente à instalação 14 está, por exemplo, compreendida entre 500 m e 3000 m.

[0029] A instalação 14 comporta um conjunto de superfície 16 e um conjunto de fundo (não representado) que estão vantajosamente conectados entre si pela linha flexível 10.

[0030] O conjunto de superfície 16 é, por exemplo, flutuante. Ele é vantajosamente formado por um suporte na jusante de superfície, uma plataforma semissubmersível, uma coluna vertical flutuante ou um navio. Como variante, o conjunto de superfície 16 é uma estrutura rígida fixa de tipo “jacket” (jaqueta) ou uma estrutura oscilante presa no fundo do mar.

[0031] O conjunto de superfície 16 comporta pelo menos um conector 18 destinado a ser conectado a uma extremidade a jusante da linha flexível 10.

[0032] Nesse exemplo, a linha flexível 10 conecta o conjunto de fundo (não representado) ao conjunto de superfície 16. A linha 10 está, portanto, parcialmente imersa na extensão de água 12 e apresenta uma extremidade superior disposta em um volume de ar.

[0033] Como variante, a linha flexível 10 está totalmente imersa na extensão de água 12 e conecta, por exemplo, dois conjuntos de fundo (não representados) entre si.

[0034] A linha flexível 10 comporta pelo menos um corpo alongado e pelo menos um elemento de reforço de acordo com a invenção, enrolado em torno do corpo alongado.

[0035] No exemplo representado na figura 2, a primeira linha flexível 10 é um conduto flexível destinado a transportar um fluido, em particular, um hidrocarboneto. Ele delimita assim uma passagem central 30 de circulação de fluido. Tal conduto está, por exemplo, descrito nos documentos normativos publicados pelo American Petroleum Institute (API), API 17J e API RP17B.

[0036] O corpo alongado da linha flexível é constituído por uma bainha interna 32. A linha flexível compreende pelo menos uma camada de reforço externa 34A, 34B disposta em torno da bainha interna 32.#

[0037] Vantajosamente e de acordo com o uso desejado, a linha 10 comporta, ainda, uma carcaça interna 36 disposta no interior da bainha interna 32, uma abóboda de pressão 38, intercalada entre a bainha interna 32 e a ou cada camada de reforço 34A, 34B, e uma bainha externa 40, destinada à proteção do conduto.

[0038] A bainha interna 32 se destina a confinar de modo estanque o fluido transportado na passagem 30. Ela é formada de matéria plástica, por exemplo à base de um poliolefina, tal como polietileno, à base de um poliamida tal como PA1 1 ou PA12, ou à base de um polímero fluorado tal como polifluoreto de vinilideno (PVDF).

[0039] A espessura da bainha interna 32 está, por exemplo, compreendida entre 5 milímetros e 20 milímetros.

[0040] A carcaça 36, quando está presente, é formada de uma folha metálica perfilada, enrolada em espiral. As espiras da folha estão agrafadas(grampeadas) umas às outras, o que permite suportar os esforços radiais de esmagamento.

[0041] Nesse exemplo, a carcaça 36 está disposta no interior da bainha interna 32. O conduto é de tipo “rough bore”.

[0042] Em uma variante, (não representada) o conduto flexível é desprovido de carcaça interna 36. Ele é então designado pelo termo inglês “smooth bore”.

[0043] O enrolamento helicoidal da folha metálica perfilada que forma a carcaça 36 é de “passo curto”, isto é, apresenta um ângulo de hélice de valor absoluto próximo de 90°, tipicamente compreendido entre 75° e 90°.

[0044] Nesse exemplo, a abóboda de pressão 38 se destina a suportar os esforços ligados à pressão existente no interior da bainha interna 32. Ela é, por exemplo, formada de um fio perfilado metálico enrolado em hélice em tomo da bainha. O fio perfilado apresenta geralmente uma geometria complexa, em particular, em forma de Z, de T, de U, de K, de X ou de I.

[0045] A abóboda de pressão 38 é geralmente enrolada em hélice com passo curto em tomo da bainha interna 32.

[0046] A linha flexível 10 de acordo com a invenção compreende pelo menos uma camada de reforço 34A, 34B, formada de um enrolamento helicoidal de elementos de reforços alongados 42, 44.

[0047] No exemplo representado na figura 2, a linha flexível 10 comporta uma pluralidade de camadas de reforço 34A, 34B.

[0048] Cada camada de reforço 34A, 34B comporta elementos de reforços longitudinais 42, 44 com passo longo em tomo do eixo A-A' do conduto. Por “enrolado com passo longo”, entende-se que o valor absoluto do ângulo de hélice é inferior a 60°, e está tipicamente compreendido entre 25° e 55°.

[0049] Os elementos de reforços 42, 44 de uma primeira camada de reforço 34A são enrolados geralmente em um ângulo oposto em relação aos elementos de reforço 42, 44 de uma segunda camada de reforço 34B. Assim, se o ângulo de enrolamento dos elementos 42, 44 da camada 34A for igual a +a, a estando compreendido entre 25° e 55°, o ângulo de enrolamento dos elementos de reforço 42, 44 da segunda camada de reforço 34B disposto em contato com a primeira camada de reforço 34A, é, por exemplo, de -a, com a compreendido entre 25° e 55°.

[0050] Pelo menos uma das camadas de reforços 34A, 34B compreende um elemento de reforço instrumentado 42 de acordo com a invenção e vantajosamente, pelo menos um elemento de reforço 44 não instrumentado.

[0051] Um primeiro elemento de reforço 42 instrumentado é ilustrado pela figura 3. Esse elemento de reforço 42 comporta uma matriz 50 de polímero, uma pluralidade de filamentos 52 à base de fibras de carbono e, de acordo com a invenção, pelo menos uma fibra ótica 54 imersa na matriz.

[0052] O elemento de reforço 42 é alongado. Ele apresenta um comprimento superior a suas outras dimensões, em particular, à sua largura e à sua espessura.

[0053] O comprimento do elemento de reforço 42 é, por exemplo, superior a 100 metros e está, em particular, compreendido entre 500 metros e 5000 metros.

[0054] A largura máxima do elemento de reforço 42, considerada perpendicularmente a seu eixo é inferior a 100 mm, e está, em particular, compreendida entre 10 mm e 30 mm.

[0055] A espessura máxima do elemento de reforço 42 é inferior a sua largura, e é, em particular, inferior a 10 mm. Essa espessura está, por exemplo, compreendida entre 0,8 mm e 3 mm.

[0056] Como ilustrado pela figura 3, o elemento de reforço 42 apresenta uma seção transversal de contorno externo poligonal, vantajosamente retangular. Em uma variante, o contorno externo da seção transversal é oval ou circular.

[0057] A matriz 50 é formada à base de uma resina termoendurecível, ou de uma resina termoplástica.

[0058] A resina termoendurecível é, por exemplo, uma resina epóxi, uma resina de tipo poliimida, tal como uma resina bismaleimida, uma resina poliuretano ou poliisocianurato, uma resina aminoplasto, tal como uma resina ureia-formaldeído (UF), melamina formaldeído (MF) ou fenol-formaldeído (PF), uma resina de poliéster insaturado (IIP), uma resina viniléster (VE) ou uma mistura dessas resinas.

[0059] Nesse caso, o endurecimento da resina é efetuado vantajosamente por pultrusão, a uma temperatura inferior a 280°C, em particular, inferior a 260°C, vantajosamente compreendida entre 200 C e 220 C.

[0060] A resina que forma a matriz é reticulada, em particular, mantendo- a a uma temperatura de tratamento durante um período superior a 24 horas, em particular, da ordem de 48 horas. A temperatura desse tratamento térmico é superior a 200°C, e em particular, compreendida entre 220 C e 250°C.

[0061] Em uma variante, a resina é uma resina termoplástica, em particular, escolhida entre as resinas polimetilmetacrilato (PMMA), poliacrilato, poliacrilonitrila (PAN), poliamida (PA ou Nylon), poliamida-imida (PAI), poliariletercetona (PAEK), poliolefina, policarbonato (PC), policetona (PK), poliéster, polieteretercetona (PEEK), polietercetonacetona (PEKK), polieterimida (PEI), poliimida (PI), poliestireno (PS), polietersulfona (PES), sulfeto de polifenileno (PPS), polissulfona (PSU), polímero fluorado termoplástico tal como o polifluoreto de vinilideno (PVDF), o politetrafluoroetileno (PTFE), o policlorotrifluoroetileno (PCTFE), o polietileno clorotrifluoroetileno (PECTFE) ou o polietileno tetrafluoroetileno (PETFE), ou uma mistura dessas resinas.

[0062] Os filamentos 52 estão geralmente dispostos em forma de mechas 56 longitudinais que comportam uma pluralidade de filamentos 52 ligados mecanicamente uns aos outros por retorcedura, por agrupamento paralelo ou por fiação de um conjunto de fibras ou de filamentos contínuos ou descontínuos.

[0063] No sentido da invenção, entende-se mais geralmente por “mecha” um conjunto ou grupo de fios contínuos retorcidos ou não retorcidos juntos, e cada fio pode ser um monofilamento ou pode ser um conjunto de fibras ou de filamentos contínuos ou descontínuos, unidos, em particular, por retorcedura ou fiação.

[0064] Se for o caso, uma mecha 56 pode ser obtido por uma junção de várias mechas elementares, por retorcedura ou simplesmente por um agrupamento paralelo de várias mechas elementares.

[0065] Na indústria das fibras de carbono, o termo inglês “tow” é usado para designar mechas constituídas de fibras elementares. O número de fibras elementares que uma mecha comporta é geralmente um múltiplo de 6000, e os valores usuais são tipicamente 6000, 12000, 18000, 24000, 30000, 36000, 42000, 48000, 56000 e 60000. As mechas que comportam pelo menos 48000 fibras são designadas pelo termo inglês “heavy tow”.

[0066] A mecha 56 comporta vantajosamente entre 6000 e 60000 fibras elementares de carbono.

[0067] O diâmetro de cada fibra de carbono está vantajosamente compreendido entre 6 micrômetros e 12 micrômetros, tipicamente da ordem de 8 micrômetros. A dimensão transversal máxima das mechas 56 está tipicamente compreendida entre 0.5 mm e 2 mm.

[0068] Os filamentos 52, eventualmente em forma de mechas 56, estão imersos na matriz 50.

[0069] A tira formada pela matriz 50 que contém as fibras 52 é, por exemplo, de tipo ultradenso. Isso significa que a porcentagem de fibras 52, considerada em volume em relação ao volume total das fibras 52 e da matriz 50 no elemento de reforço 42 é superior a 50%, vantajosamente superior ou igual a 60%, e de preferência superior ou igual a 70%.

[0070] Assim, o elemento de reforço 52 é particularmente robusto. Ele apresenta uma resistência longitudinal à ruptura superior a 2000 MPa, e em particular, superior a 2700 MPa, e uma elongação à ruptura superior a 1,5% em particular, superior a 1,6%, e essas características são medidas de acordo com a norma ASTM D3039.

[0071] Como ilustrado pela figura 3, o elemento de reforço 42 de acordo com a invenção comporta pelo menos uma fibra ótica 54 recebida na matriz 50, vantajosamente imersa na matriz.

[0072] A fibra ótica 54 estende-se longitudinalmente através do elemento de reforço 42.

[0073] No exemplo representado na figura 3, o elemento de reforço 42 comporta uma fibra ótica 54 disposta nas proximidades do eixo longitudinal do elemento de reforço 42.

[0074] Na variante representada na figura 5, o elemento de reforço 42 comporta pelo menos duas fibras óticas 54 dispostas respectivamente ao longo das bordas laterais do elemento 42, e vantajosamente duas fibras óticas 54 dispostas nas proximidades de uma superfície externa e de uma superfície interna do elemento de reforço 42.

[0075] A fibra ótica 54 é vantajosamente constituída exclusivamente de um núcleo 58 que forma um guia de ondas luminoso. A fibra 54 é, assim, desprovida de bainha externa.

[0076] No caso em que, de um lado, o núcleo da fibra ótica 54 apresenta um índice ótico sensivelmente constante em toda sua seção, e em que, de outro lado, a fibra ótica 54 é desprovida de bainha externa, a matriz 50 em contato com o núcleo da fibra ótica apresenta um índice ótico inferior ao do núcleo da fibra ótica. Uma propagação guiada de uma radiação luminosa pode ocorrer ao longo de tal fibra ótica.

[0077] Em uma variante, a fibra ótica 54 comporta um núcleo 58 circundado por uma bainha de índice ótico inferior ao núcleo, de seção transversal vantajosamente homotética á do núcleo 58.

[0078] A fibra 54 está totalmente imersa na matriz 50. Ela é circundada em toda sua periferia pelo polímero que forma a matriz 50. Ela apresenta, de acordo com a invenção, um alongamento à ruptura superior a 2% tal como medido pela norma ASTM D885-03.

[0079] Vantajosamente, a fibra ótica 54 apresenta um alongamento à ruptura superior a 5%, em particular, superior a 8%, e vantajosamente compreendido entre 8% e 15%, medidos pela norma precitada.

[0080] O núcleo 58 da fibra ótica apresenta um diâmetro inferior a 60 microns, em particular, inferior a 50 microns, por exemplo compreendido entre 5 e 20 microns, e mais particularmente compreendido entre 8 e 10 microns.

[0081] A fibra ótica 54 é vantajosamente mais transparente que a matriz de polímero 50, em particular, para radiações luminosas no domínio do visível (comprimento de onda no vácuo compreendido entre de 400 nanômetros a 800 nanometres) e/ou no domínio do infravermelho (comprimento de onda no vácuo compreendido entre 800 nanômetros e 1000000 nanômetros) e/ou no domínio do infravermelho próximo (comprimento de onda no vácuo compreendido entre 800 nanômetros e 1400 nanômetros) e/ou no domínio do ultravioleta (comprimento de onda no vácuo compreendido entre 100 nanômetros e 400 nanômetros) e/ou no domínio dos ultravioletas de tipo A (comprimento de onda no vácuo compreendido entre 315 nanômetros e 400 nanômetros).

[0082] A atenuação da fibra ótica 54 em relação a uma radiação que apresenta um comprimento de onda no vácuo igual a 1000 nanômetros (infravermelho próximo) é vantajosamente inferior a 10 decibéis por metro (dB/m), mais vantajosamente inferior a 2 dB/m, mais vantajosamente ainda inferior a 0,2 dB/m, e preferencialmente inferior a 0,01 dB/m.

[0083] Via de regra, é vantajoso escolher uma fibra ótica 54 que apresente uma atenuação que seja a mais fraca possível, na medida em que a fibra apresente, quanto ao restante, características mecânicas suficientes.

[0084] Em um modo de realização, a fibra ótica 54 é realizada à base de sílica, em particular, de vidro. Ela apresenta, então, um alongamento à ruptura compreendido entre 4% e 5%, tal como medido pelas normas precitadas.

[0085] Em outro modo de realização, a fibra ótica 54 é uma fibra ótica polimérica, designada pelo acrônimo inglês “POF”.

[0086] No caso de uma fibra ótica 54 desse tipo, o alongamento à ruptura é superior a 5%, e é vantajosamente superior a 10%, medidas pela norma precitada.

[0087] A fibra 54 é, por exemplo, realizada à base de um polímero metacrilato, tal como polimetilmetacrilato (PMMA), à base de um polímero estirênico tal como poliestireno, à base de um polímero policarbonato, à base de um polímero poliolefina, tal como metilpenteno, à base de um polímero poliacrilonitrila, à base de um polímero suscetível de ser obtido por oxidação de um polímero de acrilonitrila ou à base de mistura desses polímeros.

[0088] De preferência, a fibra 54 é realizada à base de um polímero polimetilmetacrilato, de um polímero poliacrilonitrila e/ou de um polímero suscetível de ser obtido por oxidação de um polímero de acrilonitrila.

[0089] No sentido do presente pedido, por “polímero poliacrilonitrila” (PAN), entende-se um polímero que compreende pelo menos 70%, de preferência pelo menos 85% de unidades provenientes do monômero acrilonitrila (AN), e as outras unidades são, por exemplo, provenientes dos monômeros acrilato de metila (MA), met(acrilato de metila) (MMA) e/ou acetato de vinila (VA). O polímero poliacrilonitrila pode, portanto, ser um homopolímero de poliacrilonitrila ou um copolímero de poliacrilonitrila.

[0090] O polímero suscetível de ser obtido por oxidação de um polímero de acrilonitrila é tipicamente o polímero obtido por aquecimento de um polímero poliacrilonitrila a uma temperatura superior a 100 e em particular, compreendida entre 150 e 250 °C, de preferência durante 2 horas a 48 horas. Esse tratamento térmico conduz a uma oxidação do polímero de acrilonitrila em presença de ar ou de oxigênio.

[0091] Como explicado a seguir, o processo de preparação do elemento de reforço 42 que compreende pelo menos uma fibra ótica 54 pode compreender uma etapa de pultrusão, e pode compreender uma etapa 76 de tratamento térmico a essas temperaturas. Assim, a exposição de uma fibra ótica em polímero de acrilonitrila a essas temperaturas conduz tipicamente à obtenção de uma fibra ótica em polímero suscetível de ser obtido por oxidação de um polímero de acrilonitrila.

[0092] O polímero poliacrilonitrila e o polímero suscetível de ser obtido por oxidação de um polímero de acrilonitrila que possui resistências a temperatura elevadas (tipicamente, eles resistem a temperaturas de 200°C a 250°C), boas propriedades de envelhecimento e de alongamento, as fibras 54 à base desses polímeros são particularmente preferidas. Além disso, as fibras óticas em polímero de poliacrilonitrila ou em polímero suscetível de ser obtido por oxidação de um polímero de acrilonitrila possuem, geralmente, um diâmetro menor do que as de polimetilmetacrilato. Em particular, é possível preparar fibras óticas à base de polímero poliacrilonitrila ou de polímero suscetível de ser obtido por oxidação de um polímero de acrilonitrila que possuem um diâmetro inferior a 60 pm, o que é geralmente difícil de obter com fibras óticas à base de um polímero de polimetilmetacrilato.

[0093] Nesse caso, a fibra ótica apresenta vantajosamente uma elongação à ruptura, tal como medida pela norma precitada, superior a 10%.

[0094] Além disso, a fibra ótica 54 assim obtida apresenta uma robustez considerável para seu diâmetro. A faixa de diâmetros da fibra 54 é sensivelmente análoga ao diâmetro dos filamentos 52 de fibras de carbonos utilizadas para reforçar o elemento de reforço 42.

[0095] Ademais, a natureza química da fibra ótica 54, em particular, quando ela é à base de PAN, resulta em uma boa aderência e em uma boa coesão com a matriz 50.

[0096] Vantajosamente, a fibra ótica 54 estende-se sobre todo o comprimento do elemento de reforço 42 ou mais geralmente sobre um comprimento superior a pelo menos 10% do comprimento do reforço 42. Pelo menos uma região de extremidade da fibra ótica sai para fora da matriz 50 para permitir sua conexão.

[0097] Nesse exemplo, pelo menos um elemento de reforço 44 é não instrumentado. O elemento de reforço 44 é, por exemplo, formado de uma matriz 50 idêntica à do elemento de reforço 42 e de filamentos 52 idênticos aos do elemento de reforço 42, e esses filamentos 52 estão imersos na matriz 50.

[0098] Em uma variante, o elemento alongado 42 é formado à base de um fio metálico ou compósito.

[0099] O elemento de reforço 44 não instrumentado é desprovido de fibra ótica.

[00100] Os elementos 42, 44 estão enrolados em hélice sendo adjacentes uns aos outros para formar a camada de reforço 34A, 34B.

[00101] A bainha externa 40 se destina a impedir a permeação de fluido do exterior da linha flexível 10 para o interior. Ela é realizada de polímero.

[00102] No exemplo representado na figura 2, o conduto flexível é vantajosamente montado “não ligado” (“unbonded” em inglês). Em uma variante, o conduto é de tipo ligado (“bonded” em inglês).

[00103] Um processo de fabricação do elemento de reforço 42 vai ser agora descrito, em relação à figura 4.

[00104] Esse processo compreende uma etapa 70 de fornecimento de filamentos 52 de fibras de carbono, e de fornecimento de pelo menos uma fibra ótica 54, uma etapa 72 de modelagem dos filamentos 52 e da fibra ótica 54 e, depois, uma etapa 74 de formação da matriz 50.

[00105] O processo comporta, em seguida, uma etapa opcional 76 de tratamento para reticular a matriz 50.

[00106] Na etapa 70, bobinas de filamentos 52 de fibras de carbono são fornecidas. Pelo menos uma bobina de fibra ótica 54 é também fornecida em paralelo e é montada sobre uma máquina de fiação.

[00107] Em seguida, as fibras de carbono 52 e a fibra ótica 54 são desenroladas através de uma fieira destinada a receber o material precursor da matriz 50.

[00108] Quando a matriz 50 é realizada por pultrusão, a partir de um material termoendurecível, o precursor do material termoendurecível conduzido através da fieira para imergir os filamentos 52 de fibras de carbono e a fibra ótica 54.

[00109] Em seguida, o material precursor é aquecido a uma temperatura superior a 40°C e em particular, compreendida entre 50°C e 200°C para realizar o endurecimento da resina.

[00110] Na etapa 76, a tira assim obtida é tratada termicamente, a uma temperatura superior a 150°C para assegurar uma reticulação da matriz de polímero 50.

[00111] O elemento de reforço 42 assim obtido pode, em seguida, ser enrolado em torno do corpo alongado formado nesse exemplo pela bainha interna 32, com eventual interposição da abóboda de pressão 38.

[00112] Um método de monitoramento da integridade da linha flexível 10 de acordo com a invenção vai ser agora descrito.

[00113] Inicialmente, a linha flexível 10 é desenrolada através da extensão de água 12. Em seguida, pelo menos uma fibra ótica 54 recebida em um elemento de reforço 42 é conectada oticamente, de um lado, a um aparelho de emissão 80 de um sinal ótico, para permitir a injeção de um sinal ótico na fibra ótica 54, e de outro lado, a um aparelho de recepção 82 de um sinal ótico que transitou na fibra 54.

[00114] Vantajosamente, o aparelho de emissão 80 e o aparelho de recepção 82 estão conectados ao elemento de reforço 42 ao nível de uma de suas extremidades, em particular, sobre o conjunto da superfície 16.

[00115] Um circuito ótico pode ser realizado para determinar o sinal transmitido através do circuito e compará-lo com o sinal injetado.

[00116] Em uma variante, a fibra ótica 54 compreende segmentos de tipo rede de Bragg. Reflexões parciais com diferentes comprimentos de ondas podem ser medidas sobre a fibra, o que permite, entre outras coisas, medir a temperatura e/ou o alongamento do elemento de reforço 42 perpendicular a cada rede de Bragg.

[00117] Em uma variante, medidas são efetuadas utilizando uma técnica de reflectometria no domínio temporal, designada pelo termo inglês “Optical Time Domain Reflectometer”. Essas medidas de reflectometria podem, em particular, ser feitas em radiações retroespalhadas de tipo Rayleigh, Raman e Brillouin. A reflectometria Raman permite uma medida distribuída da temperatura ao longo da fibra ótica 54. A reflectometria Brillouin permite uma medida distribuída da tensão axial e da temperatura ao longo da fibra ótica 54.

[00118] Assim, é possível medir diferentes propriedades referentes à linha flexível 10, por exemplo medidas mecânicas de tensão ou/e de deformação, medidas de temperatura, medidas de vazamento de líquido, medidas de desgaste, medidas de deformação mecânica, medidas de pressão, medidas de composição química do meio ambiente, ou/e medidas de pH do líquido em contato com o elemento de reforço 42. As medidas de composição química podem, em particular, ser feitas equipando a fibra ótica 54 de um revestimento externo que possa captar e/ou liberar certos componentes químicos por mecanismos de adsorção e de dessorção, e esses fenômenos possuem, ainda, uma influência sobre certas propriedades óticas da fibra.

[00119] Graças à invenção que acaba de ser descrita, é possível dispor de um elemento de reforço 42 de estrutura extremamente robusta para reforçar uma linha flexível e que permita, entretanto, medir, durante o uso da linha flexível, propriedades relativas a essa linha.

[00120] A presença de uma fibra ótica 54 imersa no interior do elemento de reforço 42 garante que a medida seja representativa dos fenômenos físicos presentes na linha flexível 10. A presença de uma fibra ótica 54 que apresenta uma elongação à ruptura superior a 2% dá a possibilidade de efetuar medidas apropriadas por meio da fibra de ótica.

[00121] Além disso, no caso das fibras óticas que apresentam uma resistência à ruptura superior a 5%, em particular, quando as fibras óticas forem fibras óticas plásticas, a medida pode ser efetuada para repertórios de usos da linha flexível 10 muito mais amplos.

[00122] Além disso, a compatibilidade química da fibra ótica 54 plástica com a matriz 50, em particular, quando ela é feita à base de poliacrilonitrila, sua grande resistência química, sua robustez e seu pequeno diâmetro compatível com o uso como fibra ótica garante uma elaboração simples do elemento de reforço 42 e um funcionamento adequado durante um longo período de tempo.

Claims

1. ELEMENTO DE REFORÇO (42) PARA UMA LINHA FLEXÍVEL (10) destinada a ser colocada em uma extensão de água (12), que compreende: - uma pluralidade de filamentos longitudinais (52) de fibras de carbono; e - uma matriz (50) de polímero que recebe os filamentos (52) para ligá-los entre si, em que a matriz (50) forma uma tira destinada a ser enrolada em torno de um corpo longitudinal (32) da linha flexível (10); caracterizado pelo elemento de reforço (42) comportar pelo menos uma fibra ótica (54) recebida na matriz (50), em que a fibra ótica (54) apresenta um alongamento à ruptura superior a 2%, tal como medido pela norma ASTM-D 885-03.

2. ELEMENTO (42), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo alongamento à ruptura da fibra ótica (54), medido pela norma ASTM-D 885-03, ser superior a 5%, particularmente superior a 8%.

3. ELEMENTO (42), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 2, caracterizado pela fibra ótica (54) ser uma fibra ótica polimérica.

4. ELEMENTO (42), de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pela fibra ótica (54) ser realizada a partir de um polímero metacrilato, tal como polimetilmetacrilato (PMMA), à base de um polímero estirênico, tal como poliestireno, à base de um polímero policarbonato, à base de um polímero poliolefina, tal como metilpenteno, à base de um polímero poliacrilonitrila, à base de um polímero suscetível de ser obtido por oxidação de um polímero de acrilonitrila, ou à base de uma mistura desses polímeros.

5. ELEMENTO (42), de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pela fibra ótica (54) ser realizada a partir de um polímero polimetilmetacrilato, de um polímero poliacrilonitrila e/ou de um polímero suscetível de ser obtido por oxidação de um polímero de acrilonitrila.

6. ELEMENTO (42), de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pela fibra ótica (54) ser à base de um polímero poliacrilonitrila ou de um polímero suscetível de ser obtido por oxidação de um polímero de acrilonitrila.

7. ELEMENTO (42), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pela fibra ótica (54) estar totalmente imersa na matriz.

8. ELEMENTO (42), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pela matriz (50) ser realizada à base de uma resina termoplástica em particular, escolhida entre as resinas polimetilmetacrilato (PMMA), poliacrilato, poliacrilonitrila (PAN), poliamida (PA ou Nylon), poliamida-imida (PAI), poliariletercetona (PAEK), poliolefina, policarbonato (PC), policetona (PK), poliéster, polieteretercetona (PEEK), polietercetonacetona (PEKK), polieterimida (PEI), poliimida (PI), poliestireno (PS), polietersulfona (PES), sulfeto de polifenileno (PPS), polissulfona (PSU), polímero fluorado termoplástico tal como o polifluoreto de vinilideno (PVDF), o politetrafluoroetileno (PTFE), o policlorotrifluoroetileno (PCTFE), o polietileno clorotrifluoroetileno (PECTFE) ou o polietileno tetrafluoroetileno (PETFE), ou uma mistura dessas resinas.

9. ELEMENTO (42), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado pelo diâmetro da fibra ótica (54) ser inferior a 50 micrômetros.

10. LINHA FLEXÍVEL (10) DESTINADA A SER COLOCADA EM UMA EXTENSÃO DE ÁGUA (12), caracterizada por compreender: - um corpo longitudinal (32); e - pelo menos um elemento de reforço (42), conforme definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 9, enrolado no corpo (32) ou enrolado em torno do corpo (32).

11. LINHA (10), de acordo com a reivindicação 10, caracterizada pelo corpo longitudinal (32) ser uma bainha interna que delimita uma passagem (30) de circulação de um fluido, e pelo elemento de reforço (42) estar enrolado em torno da bainha interna fora da bainha interna.

12. LINHA, de acordo com a reivindicação 11, caracterizada pelo corpo longitudinal (32) ser um invólucro de retenção que contém pelo menos um tubo de transporte de fluido, e/ou pelo menos um elo funcional destinado a encaminhar uma informação, um sinal elétrico e/ou ótico, e/ou uma potência elétrica, e pelo elemento de reforço (42) estar enrolado em torno do corpo (32).

13. MÉTODO DE CONTROLE DAS PROPRIEDADES DE UMA LINHA FLEXÍVEL (10), conforme definida em qualquer uma das reivindicações 11 a 12, caracterizado por compreender as etapas de: - conexão da fibra ótica (54) presente no elemento de reforço (42) a um aparelho de emissão (80) de um sinal ótico (54) destinado a ser injetado na fibra ótica (54) e a um aparelho de medida (82) de um sinal ótico que transitou através da fibra; - injeção de um sinal ótico pelo aparelho de emissão (80) do sinal ótico; - circulação do sinal ótico através da fibra ótica (54) presente no elemento de reforço (42); e - medição de um sinal ótico que transitou na fibra ótica (54) pelo aparelho de medida (82).

14. PROCESSO DE FABRICAÇÃO DE UM ELEMENTO DE REFORÇO (42), conforme definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizado por compreender as etapas de: - fornecimento de uma pluralidade de filamentos longitudinais (52) de fibra de carbono; e - formação de uma matriz (50) em polímero que recebe os filamentos (52), para ligar os filamentos (52) entre si, em que a matriz (50) forma uma tira destinada a ser enrolada em torno de um corpo longitudinal (32) da linha flexível (10); o processo compreendendo uma etapa de disposição de pelo menos uma fibra ótica (54) na matriz (50), em que a fibra ótica (54) apresenta um alongamento à ruptura superior a 2%, tal como medido pela norma ASTM- D 885-03.

15. PROCESSO, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pela matriz (50) ser formada por pultrusão ou por extrusão de um polímero.