BR112019005819B1 - Cabo, e, método para fabricar o mesmo - Google Patents

Abstract

É descrito um cabo tendo uma blindagem de tração compreendendo uma pluralidade de elementos de tração poliméricos alongados, em que pelo menos um dos elementos de tração poliméricos alongados compreende um feixe de fibras altamente resistentes à tração e uma camisa retendo estreitamente o feixe de fibras, em que os elementos de tração poliméricos alongados são arranjados com uma perda de torção de 1,5% no máximo. Também é descrito um método de fabricar um tal cabo. Tal cabo pode ser empregado, por exemplo, para aplicações submarinas e, mais particularmente, para aplicações submarinas em águas profundas.

Description

FUNDAMENTOS

[001] A presente invenção se refere ao campo de cabos. Tais cabos podem ser empregados, por exemplo, para aplicações submarinas e mais particularmente para aplicações submarinas em águas profundas. Em particular, a presente invenção se refere a um cabo com uma blindagem compreendendo elementos de tração de baixo peso para prover resistência à tração para um cabo ou semelhante.

TÉCNICA ANTERIOR

[002] Cabos ópticos, cabos de força, cabos umbilicais ou semelhantes para aplicações submarinas são bem conhecidos na técnica.

[003] Para o fim da presente invenção, salvo especificado em contrário, os termos “cabo submarino”, “cabo para aplicações submarinas” (ou qualquer linguagem similar) ou simplesmente “cabo” irão incluir um elemento flexível alongado configurado para transportar energia e/ou sinais de telecomunicação e/ou um ou mais fluidos. Para o objetivo da presente invenção, salvo especificado em contrário, o termo “cabo” irá incluir, por exemplo, cabo de energia, cabo óptico, cabo umbilical ou qualquer combinação dos mesmos.

[004] A presente invenção não é limitada aos cabos para aplicação submarina e pode ser aplicada em outros campos onde resistência à tração e baixo peso sejam importantes. Na verdade, um baixo peso é desejável em qualquer cabo, mas ele é particularmente desejável em cabos suspensos, como aqueles para elevadores, poços ou aplicação em mineração.

[005] Durante instalação e operação, os cabos devem resistir a altas cargas de tração. Por exemplo, um cabo submarino fica suspenso fora do embarcação de instalação a partir da superfície da água até o fundo do mar por muitas centenas de metros com uma consequente substancial tensão de tração.

[006] Além disso, o sistema de desenrolamento/enrolamento do embarcação de instalação precisa ser compatível com o peso do cabo a ser estendido. Quanto mais pesado for o cabo, maior a força de preensão do sistema de desenrolamento/enrolamento precisa ser. À medida que a força de preensão aumenta, a resistência à compressão do cabo também tem de aumentar. A falha por esmagamento causada pela preensão é um modo de falha conhecido.

[007] É conhecido prover resistência à tração pelo uso de membros de tração de aço colocados axialmente ou, preferivelmente, em uma disposição filamentada em torno da estrutura do cabo para formar uma blindagem, como mostrado por exemplo, em WO 2010/075873.

[008] Elementos de tração feitos de material polimérico foram propostos. Elementos de tração poliméricos são atraentes, pois são mais leves que elementos de tração metálicos com resistência à tração análoga.

[009] US 2012/0279750 descreve cabo de energia de alta tensão para aplicações em águas ultra-profundas (pelo menos 3000 metros abaixo do nível do mar). O cabo compreende um acondicionamento de blindagem compreendendo arames de aço, mas ele pode conter também materiais compósitos consistindo de fibra de aramida, fibra de carbono ou similar. O acondicionamento de blindagem é aplicado com um ângulo de torção inferior ao ângulo de torção no feixe central das três fases de energia, ao ângulo de torção no feixe central e o acondicionamento de blindagem sendo controlado um pelo outro. O cabo compreende um elemento central longitudinal consistindo de um material elástico e elementos longitudinais colocados entre os condutores isolados e consistindo de material de polímero. O elemento central longitudinal irá funcionar como leito macio para os condutores isolados e irá permitir que os ditos condutores se movam para o centro devido a forças radiais aplicadas a partir do acondicionamento de blindagem e carga de tração axial nos próprios condutores isolados. Os elementos de polímero colocados entre os condutores isolados transferem as forças radiais a partir do acondicionamento de blindagem sobre uma grande área e, devido a isto, os próprios ditos condutores isolados não são deformados significativamente.

[0010] US 4.059.951 descreve um cabo eletromecânico tendo membros de esforço não metálicos individualmente encamisados. A camisa é preferivelmente feita de um material plástico conformável, e a porção de sustentação de esforço do membro de esforço compósito é preferivelmente um feixe de fios ou fibras de aramida ou semelhante. A camada circunferencial externa de membros de esforço é helicoidalmente torcida para a esquerda a um ângulo de cerca de 18 graus, enquanto que a camada circunferencial interna de membros de esforço é helicoidalmente torcida para a direita a um ângulo de cerca de 18 graus. A fim de permitir um movimento de deslizamento longitudinal da porção de sustentação de esforço dentro da camisa, é essencial que ou a porção de sustentação de esforço do membro compósito (isto é, fios ou fibras) tem uma superfície muito lisa ou, então, é necessário que o feixe de fibras ou semelhante seja lubrificado na superfície externa do feixe.

[0011] US 7.285.726 descreve um cabo elétrico submarino com uma bainha livre de metal. A bainha é feita de material semicondutor polimérico com uma série de elementos de blindagem de material dielétrico, que são embutidos na bainha. Os elementos de blindagem consistem de fibras de poliaramida ou fibras de polietileno altamente orientadas. Estes feixes de tais fibras são englobados por uma bainha de um material polimérico que preferivelmente é semicondutor.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[0012] A requerente enfrentou o problema de prover um cabo configurado para instalações exercendo uma tensão de tração considerável sobre o cabo, e, mais geralmente, o desejo de ter um cabo mais leve que é percebido em instalações verticais.

[0013] No caso de cabos submarinos, instalações a altas profundidades, por exemplo a profundidades de cerca de 3000 m ou mais, são procuradas.

[0014] Em particular, a requerente confrontou o problema de prover um cabo submarino com uma blindagem feita de elementos de tração poliméricos propiciando um alongamento limitado do cabo desde os estágios muito iniciais de instalação, assim permitindo a extensão do cabo mesmo a altas profundidades. Tal blindagem deve ser dotada de resistência à compressão (esmagamento) apropriada e propriedades de flexão apropriadas para transporte e extensão.

[0015] A requerente investigou diversos projetos e disposições de elementos de tração poliméricos. A requerente percebeu que a capacidade de um cabo de resistir a altas tensões de tração é aumentada quando a blindagem que os compreende tiver uma reação à aplicação da tensão de tração mais rápida do que aquelas dos outros elementos do cabo, em particular aquela dos condutores de cabo.

[0016] A requerente constatou que quando os elementos de tração poliméricos da blindagem são arranjados de acordo com baixa perda de torção, tal reação mais rápida pode ser atingida com relação aos componentes do cabo arranjados radialmente para fora ou radialmente para dentro.

[0017] Na presente descrição e reivindicações, a expressão “comprimento de torção” irá indicar a distância longitudinal em que um elemento filamentado arranjado no trajeto helicoidal completa uma volta circunferencial, tal comprimento sendo medido ao longo do eixo geométrico da hélice.

[0018] Na presente descrição e reivindicações, a expressão “perda de torção” irá indicar uma diferença porcentual entre o comprimento de torção de um elemento filamentado e o comprimento de trajeto efetivo do elemento filamentado ao longo de sua hélice.

[0019] A requerente verificou que, no caso de elemento blindagem de aço, uma baixa perda de torção aumenta a estabilidade de tração do cabo, mas ela dá origem a uma rigidez de flexão aumentada tornando o bobinamento e a deposição do cabo difíceis se não, em alguns casos, impossível de gerir.

[0020] A requerente constatou que uma blindagem feita de elementos de tração poliméricos, enrolados com uma perda de torção de 1,5% no máximo, provê o cabo com uma estabilidade em tração apropriada para a extensão de cabo mesmo a profundidades do mar de 3000 m ou mais, enquanto que as características de flexão do cabo permanecem aceitáveis. Também, a requerente constatou que uma blindagem polimérica enrolada com tal baixa perda de torção, quando sob tração, exerce força radial negligenciável na estrutura de cabo subjacente de modo que nenhum elemento ou camada de amortecimento é necessário.

[0021] De acordo com um primeiro aspecto, a presente invenção provê um cabo tendo uma blindagem de tração compreendendo uma pluralidade de elementos de tração poliméricos alongados, em que pelo menos um dos elementos de tração poliméricos alongados compreende um feixe de fibras altamente resistentes à tração e uma camisa polimérica retendo dito feixe de fibras, e os elementos de tração poliméricos alongados são arranjados com uma perda de torção de 1,5%, no máximo.

[0022] O cabo pode ser um cabo óptico, um cabo de energia ou um cabo umbilical. Preferivelmente, o cabo é para aplicações submarinas.

[0023] Vantajosamente, as fibras altamente resistentes à tração compreendem fibras tendo um módulo de Young entre 50 GPa e 200 GPa.

[0024] Preferivelmente, os elementos de tração poliméricos alongados são arranjados com uma perda de torção de 1,0% no máximo, mais preferivelmente de 0,4% a 0,9%.

[0025] No caso em que o cabo da invenção compreende uma pluralidade de núcleos de cabo filamentados entre si, a perda de torção (e, consequentemente o comprimento de torção e o ângulo de torção) dos elementos de tração poliméricos alongados da invenção é independente da perda de torção dos núcleos de cabo filamentados.

[0026] A blindagem de tração do cabo da invenção pode compreender uma camada de elementos de tração poliméricos alongados. Em algumas modalidades, os elementos de tração poliméricos alongados são providos em uma única camada, em outras eles são providos em uma construção em duas camadas, como será mostrado a seguir.

[0027] A requerente constatou que quando os elementos de tração poliméricos alongados compreendem fibras estreitamente dispostas na camisa, a resistência à tração pode ser melhorada. Vantajosamente, a camisa do elemento de tração polimérico alongado da invenção aloja um feixe de fibras altamente resistentes à tração com uma compactação (porcentagem de volume de fibra altamente resistente à tração com respeito ao espaço vazio entre as fibras ópticas) de 55% a 90%, preferivelmente de 60% a 80%.

[0028] Em modalidades da invenção, a camisa aloja dois feixes em contato direto um com o outro.

[0029] O feixe pode compreender fibras altamente resistentes à tração unidirecionais, estendendo-se substancialmente ao longo de um eixo geométrico longitudinal do elemento de tração polimérico alongado.

[0030] Em modalidades da presente invenção, as fibras altamente resistentes à tração dentro da camisa têm uma densidade de 0,9 a 3 g/cm3.

[0031] De acordo com um segundo aspecto, a presente invenção se refere a um método de fabricar um cabo tendo uma blindagem de tração compreendendo uma camada de elementos de tração poliméricos alongados, em que pelo menos um dos elementos de tração poliméricos alongados compreende um feixe de fibras altamente resistentes à tração e uma camisa retendo dito feixe, o método compreendendo o estágio de prover a camada de elementos de tração poliméricos alongados por enrolamento deles tem com uma perda de torção de 1,5% no máximo, preferivelmente de 1,0% no máximo.

[0032] Preferivelmente, o cabo da invenção carece de bainha polimérica extrudada em posição externa de fora com relação à blindagem de tração. A blindagem de tração pode ser protegida por uma camada servidora feita de fios enrolados (projeto semiúmido)

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0033] A presente invenção será plenamente esclarecida pela leitura da descrição seguinte, a ser lida com referência aos desenhos em anexo, em que: - as Figuras 1a e 1b são vistas diagramáticas de dois elementos de tração poliméricos de acordo com modalidades da presente invenção; - a Figura 2 é uma representação esquemática de ângulo de hélice α, do comprimento de torção L e do comprimento da hélice π d; - a Figura 3 é um gráfico mostrando a relação entre perda de torção e ângulo da hélice; - a Figura 4 é uma vista axonométrica de um cabo de energia de núcleo único blindado; - a Figura 5 é uma vista axonométrica de um cabo de energia de três núcleos blindado; e - a Figura 6 é um corte transversal de um cabo umbilical blindado.

DESCRIÇÃO DE EXEMPLOS

[0034] Na presente descrição e reivindicações, salvo especificado em contrário, todos os números e valores devem ser entendidos como precedidos pelo termo “cerca de”. Também, todas as faixas incluem qualquer combinação dos pontos máximos e mínimos descritos e incluem quaisquer faixas intermediárias nas mesmas, que podem ou pode não ser especificamente enumeradas aqui.

[0035] Para a finalidade da presente descrição e das reivindicações anexas, as palavras “um” ou “uma” são usadas para descrever elementos e componentes da invenção. Isto é feito meramente por conveniência e para conferir um sentido geral da invenção. Esta descrição e as reivindicações devem ser lidas como incluindo um ou pelo menos um e o singular também inclui o plural a menos que seja óbvio que isto é entendido de outra forma.

[0036] A presente invenção se refere a um elemento de tração polimérico alongado de baixo peso para um cabo, a um cabo suportando altas tensões de tração compreendendo um tal membro de tração alongado e a um método de fabricar um tal cabo. Mais especificamente, o elemento de tração polimérico alongado é configurado para ser montado em uma blindagem de qualquer uma dentre um cabo óptico, um cabo de energia, um cabo umbilical (ou semelhante) em particular, mas não apenas, para aplicações submarinas. A presente invenção também inclui um cabo óptico, um cabo de energia, um cabo umbilical (ou semelhante) em particular, mas não apenas, para aplicações submarinas compreendendo um ou mais elementos de tração poliméricos alongados.

[0037] De acordo com uma modalidade, como mostrado na Figura 1a, o elemento de tração polimérico alongado 11, de acordo com a presente invenção, compreende um feixe 13 de fibras de alta resistência e uma camisa 12 retendo compactamente um tal feixe 13. Em outras modalidades, como mostrado na Figura 1b, uma única camisa 12 é configurada para reter dois feixes 13 de fibras alojadas adjacentes e em contato direto entre si. Na descrição que se segue, esta configuração e dois feixes é também referida como “feixe geminado”.

[0038] A camisa 12 é preferivelmente um tubo extrudado feito de polietileno (PE), polipropileno (PP) ou um material similar.

[0039] A camisa pode ter uma espessura de parede entre 0,3 mm e 1,8 mm, preferivelmente de 0,5 mm a 1,5 mm.

[0040] O feixe 13 de fibras compreende, vantajosamente, fibras altamente resistentes à tração unidirecionais, estendendo-se substancialmente ao longo de um eixo geométrico longitudinal do elemento de tração polimérico alongado.

[0041] O feixe 13 compreende preferivelmente fibras feitas de um material tendo um módulo de Young entre 50 GPa e 200 GPa.

[0042] Por exemplo, as fibras do feixe 13 são fibras de aramida. Preferivelmente, tais fibras têm um módulo de Young entre 130 GPa e 179 GPa. Considera-se que fibras de aramida são preferidas em vista de sua taxa altamente favorável entre módulo elástico e peso.

[0043] Em outras modalidades, o feixe da invenção pode compreender fibras de polietileno de peso molecular ultraelevado (UHMwPE), como, por exemplo, Dyneema® fabricada por DSM Dyneema B.V., Geleen, Holanda. De modo apropriado, tais fibras têm um módulo de Young entre 55 GPa e 172 GPa.

[0044] Em outras modalidades, o feixe da invenção pode compreender polímero de cristal líquido (LCP), tal como, por exemplo, Vectran® fabricada por Kuraray Co., Ltd., Osaka, Japão.

[0045] A requerente realizou diversos testes e concluiu que a densidade de fios na camisa pode ser uma questão crítica para reduzir a folga das fibras altamente resistentes à tração dentro da camisa. De acordo com modalidades preferidas, a densidade de fibras deve estar em uma faixa de 0,9 a 3,0 g/cm3.

[0046] A requerente realizou diversos testes e concluiu também que a compactação de fibras na camisa pode ser uma questão crítica para reduzir a folga das fibras dentro da camisa. De acordo com a presente invenção, a compactação de fibras é expressa em termos de densidade por massa linear de fibras por área de seção transversal. Mais especificamente, tex é usado para densidade por massa linear de fibras e milímetros quadrados (mm2) é usado para área de seção transversal. Tex é uma unidade de medição para a densidade por massa linear de fibras e é definida como a massa em gramas por 1000 metros. O código da unidade é “tex”. A unidade mais comumente usada é, na verdade, decitex (abreviada dtex), que é a massa em gramas por 10000 metros.

[0047] Vantajosamente, o feixe dos presentes elementos de tração poliméricos alongados contém fibras com uma compactação de 55% a 90%, preferivelmente de 60% a 80%.

[0048] A pluralidade de elementos de tração poliméricos alongados, de acordo com a presente invenção, é disposta para prover uma blindagem de cabo. Em maiores detalhes, uma pluralidade de elementos de tração poliméricos alongados, arranjados lado a lado em um arranjo em círculo, é usada para formar uma single blindagem de tração camada. Uma camada de blindagem de tração adicional é provida de modo que uma camada blindagem dupla é formada. Preferivelmente, os enrolamentos helicoidais da segunda camada de blindagem de tração estendem-se ao longo de uma direção de enrolamento que é oposta à direção de enrolamento dos enrolamentos helicoidais da primeira camada de blindagem de tração com respeito ao eixo geométrico longitudinal, de modo a definir uma configuração cruzada. Preferivelmente, os enrolamentos helicoidais da primeira e segunda camadas de blindagem de tração são torcidas com substancialmente o mesmo passo, em direções opostas, de modo a impedir rotações do cabo sob carga axial.

[0049] De acordo com a presente invenção, cada um da pluralidade de elementos de tração poliméricos alongados de acordo com a presente invenção é arranjado de acordo com uma dada perda de torção. Preferivelmente, a perda de torção dos elementos de tração poliméricos alongados formando camadas de cabo da blindagem é de 0,5% a 2.0%. De acordo com uma modalidade preferida, a perda de torção está entre 0,5% e 1,0%.

[0050] Perda de torção é função do ângulo da hélice α, como será mostrado pelas equações que se seguem e com referência ao desenho esquemático da Figura 2, em que α = ângulo da hélice, L = comprimento de torção, d = diâmetro da hélice, e S = comprimento da hélice PERDA DE TORÇÃO + 1

[0051] O gráfico da Figura 3 mostra como a perda de torção (%, na abscissa) varia de acordo com variações do ângulo da hélice α (graus, na ordenada). O gráfico mostra que, de acordo com a faixa de perda de torção dos elementos de tração poliméricos alongados da presente invenção, o ângulo da hélice é inferior a 12° e fica preferivelmente entre 6° e 8°.

[0052] Um protótipo de cabo blindado de núcleo único (Figura 4) de acordo com uma modalidade da presente invenção foi fabricado e testado. Em particular a blindagem do cabo era feita com uma pluralidade de elementos de resistência alongados de acordo com a modalidade da Figura 1a.

[0053] A Figura 4 mostra um cabo de energia blindado de núcleo único 400 apropriado para extensão submarina. O cabo 400 compreende um único núcleo single condutivo isolado 401 compreendendo um condutor elétrico 401a, um sistema de isolamento 401b (feito, por sua vez, por uma camada semicondutora interna circundada por uma camada de isolamento circundada por uma camada semicondutora externa) e uma tela 401c. Em particular a tela 401c pode ser uma bainha de metal hermética feita, por exemplo, de chumbo ou cobre.

[0054] O núcleo 401 é circundado por uma camada de chumbo 403. Em torno da camada de chumbo 403 uma blindagem de tração 410, compreendendo pelo menos uma camada de elementos de tração poliméricos alongados 411 de acordo com a invenção, é provida. Opcionalmente uma luva separadora (não ilustrada e feita, por exemplo, de polietileno) é interposta entre a camada de chumbo 403 e a blindagem de tração 410 para preservar a superfície de chumbo contra arranhões. Preferivelmente, uma camada servidora 420 circunda a blindagem 410, a camada 420 sendo feita, por exemplo, de fio de polipropileno.

[0055] A blindagem de tração 410 é configurada para suportar as forças de tração longitudinais a que o cabo de energia 400 pode ser submetido em operação. Os elementos de tração poliméricos alongados 411 preferivelmente se estendem paralelos ao cabo não em uma hélice coaxial com o eixo geométrico longitudinal do cabo X-X. Embora os elementos de tração poliméricos alongados 411 da Figura 4 tenham uma seção transversal substancialmente circular (como a seção transversal dos elementos alongados da Figura 1a), o cabo do protótipo foi fabricado com elementos de tração poliméricos alongados tendo uma seção transversal substancialmente retangular, como mostrado na Figura 1b.

[0056] A requerente fabricou uma pluralidade de elementos de tração poliméricos alongados para a blindagem do cabo 400. Cada elemento de tração polimérico alongado individual 411 compreendia dois feixes de fibras separados e uma única camisa em torno dos feixes geminados, como aquele da Figura 1b.

[0057] Cada feixe de fibras compreendia fibras de poliamida aromática (aramida) fabricadas por Teijin Aramid, Arnhem, Holanda. Em particular, as fibras usadas eram fibras de aramida Twaron.

[0058] Por exemplo, fios com 1000 fibras e 1610 dtex eram feitos primeiro. Seis destes primeiros fios eram enfeixados em conjunto. Cada feixe, portanto, incluía 6000 fibras e tinha 9660 dtex.

[0059] Então, uma unidade de fio foi preparada. A unidade consistia de dezenove feixes como estabelecido acima. Portanto, 19 x 9.660 dtex = 183.540 dtex. O fio acima de 183.540 dtex era finalmente usado para constituir um feixe de 5 mm de diâmetro. O dito feixe de 5 mm de diâmetro tem uma área de seção transversal de 19,63 mm2, portanto o feixe tem 9348 dtex/mm2. Isto corresponde a uma compactação de cerca de 65%.

[0060] As fibras nos feixes e os feixes em si eram providos na camisa substancialmente paralelos ao eixo geométrico longitudinal do elemento de tração polimérico alongado.

[0061] A requerente fabricou e testou outros cabos tendo compactação diversa de 55% a 90%. Valores de compactação mais baixos do que 55% resultaram em uma rapidez bastante baixa da blindagem de captar as forças de tração aplicadas ao cabo, por exemplo a carga de um comprimento de cabo submarino quando ele é estendido em águas muito profundas. Valores de compactação dentro da faixa da invenção resultaram em um desempenho satisfatório em termos de rapidez da blindagem em captar as forças de tração aplicada ao cabo de modo que o núcleo do cabo não sofria de tensões de tração potencialmente danosas.

[0062] Nos cabos testados, dois destes feixes de 5 mm foram colocados próximos um do outro e encamisados simultaneamente para formar um elemento de tração polimérico alongado de feixe duplo de 7 mm x 12 mm, similar àquele ilustrado na Figura 1b.

[0063] Duas camadas destes elementos de tração poliméricos alongados de feixe geminado foram filamentadas em torno do núcleo do cabo. A primeira camada compreendia 28 elementos de tração poliméricos alongados de feixe geminado. A segunda camada compreendia 31 elementos de tração poliméricos alongados de feixe geminado.

[0064] Em uma primeira configuração, a perda de torção dos elementos de tração poliméricos alongados de feixe geminado das primeira e segunda camadas foi de 0,90% correspondendo a um ângulo da hélice α de 7,7°.

[0065] Em uma segunda configuração, a perda de torção dos elementos de tração poliméricos alongados do feixe geminado da primeira e segundo camadas foi de 0,50% correspondendo a um ângulo da hélice α de 5,7°.

[0066] A requerente avaliou também materiais diferentes de fibras de aramida que poderiam ser apropriados para constituir um feixe de fibra para um elemento de tração polimérico alongado de um cabo blindado de acordo com a presente invenção.

[0067] A requerente concluiu que outras fibras de polímero de alta resistência são aceitáveis bem como fibras inorgânicas, como fibras de vidro.

[0068] Preferivelmente, as fibras dentro da camisa não são quimicamente ligadas à camisa.

[0069] Alternativamente, os interstícios das fibras poderiam ser preenchidos com um gel ou polímero flexível. Todavia, a requerente acredita que embutir as fibras em qualquer matriz afeta a flexibilidade da subunidade e do cabo acabado.

[0070] A camisa externa sobre as subunidades poderia ser feita de vários tipos de PE tais como HDPE (polietileno de alta densidade) ou a partir de outras resinas termoplásticas ou termofixas, tais como poliuretano, elastômeros termoplásticos, etc.

[0071] De acordo com modalidades preferidas, uma camada de adesivo pode ser aplicada à superfície externa da camisa do elemento de tração polimérico alongado da presente invenção. Deste modo, a camisa e a camada externa protetora ou servidora feita de fios de polipropileno que é radialmente externa com relação à camada de blindagem podem ser mecanicamente congruentes uma com a outra. Isto reduz a folga da camisa com relação às camadas protetoras que estão em contato com a mesma e facilitam o manuseio do cabo especialmente nas extremidades do mesmo.

[0072] Preferivelmente, a camada de adesivo é pulverizada sobre a superfície externa da camisa. É preferível que o adesivo permaneça em um estado em fusão durante um tempo suficiente para depositar o elemento de tração polimérico alongado sobre a camada protetora interna e para aplicar uma camada protetora externa sobre a mesma. Um material adesivo apropriado pode ser Instaweld 6615E (National Starch & Chemical AB).

[0073] A camada de adesivo pode ser aplicada sobre a camada protetora interna e sobre qualquer camada da blindagem de tração.

[0074] O elemento de tração polimérico alongado, de acordo com a presente invenção, pode ser usado para cabos diferentes do cabo da Figura 4. Por exemplo, ele pode ser usado para formar uma única camada de blindagem no cabo de energia de três núcleos da Figura 5.

[0075] A Figura 5 mostra um cabo de energia de três núcleos blindado 500 apropriado para ser estendido em extensão submarina. O cabo 500 compreende três núcleos condutivos isolados filamentados (filamentados S, Z ou SZ) 522, cada compreendendo um condutor elétrico 522a, um sistema de isolamento 522b (feito, por sua vez, por uma camada semicondutora interna circundada por uma camada de isolamento circundada por uma camada semicondutora externa) e uma tela 522c. A tela 522c pode ter uma construção análoga àquela da tela 401c da Figura 4.

[0076] Os núcleos 522 são circundados por uma camada de chumbo 525. Em torno da camada de chumbo 525, uma blindagem de tração de camada dupla 510, compreendendo duas camadas de elementos de tração poliméricos alongados 511a e 511b, de acordo com a invenção, é provida. Entre a camada de elementos 511a e a camada de elementos 511b uma camada separadora (não ilustrada e feita, por exemplo, de polietileno ou material de polímero semicondutor) pode ser provida para preservar a superfície de chumbo contra arranhões. Preferivelmente, uma camada servidora 520 circunda a blindagem 510, a camada 520 sendo feita, por exemplo, de fio de polipropileno.

[0077] A blindagem de tração 510 é configurada para resistir às forças de tração longitudinais a que o cabo de energia 500 pode ser submetido em operação. Os elementos de tração poliméricos alongados 511a e 511b da mesma camada estendem-se paralelos a cada outro em uma hélice coaxial com o eixo geométrico longitudinal X-X do cabo, com uma perda de torção entre 0,5% e 2,0%. Como mostrado na Figura 5, os elementos de tração poliméricos alongados 511a e 511b são enrolados substancialmente no mesmo ângulo de enrolamento, mas com sentido oposto.

[0078] Embora os elementos de tração poliméricos 511a, 511b da Figura 5 tenham uma seção transversal circular, eles podem também ter uma seção transversal substancialmente retangular, como mostrado na Figura 1b.

[0079] A Figura 6 é um corte transversal de um cabo umbilical 600. O cabo umbilical 600 compreende um núcleo central 633 feito de aço para transportar um fluido. Arranjados em torno do núcleo central 633 estão três tubos de aço 634 para transportar um fluido; dois cabos de fibra óptica 635; dois cabos elétricos de três núcleos com tela 636; dois enchimentos termoplásticos 637; e um enchimento 638. Em torno do enchimento 638, duas camadas de elementos de tração poliméricos alongados 611 enrolados contra- helicoidalmente, de acordo com a invenção, são providas. As duas camadas de elementos de tração poliméricos alongados 611 constituem a blindagem de tração 610 do cabo umbilical 600. Uma camada servidora 620 circunda a blindagem 610, a camada 620 sendo feita, por exemplo, de fio de polipropileno. Embora os elementos de tração poliméricos 611 da Figura 7 tenham uma seção transversal circular, eles podem também ter uma seção transversal substancialmente retangular, como mostrado na Figura 1b.

[0080] A requerente avaliou o alongamento do condutor em uma carga de 50 toneladas de cabos A e B tendo blindagens feitas de elementos de tração poliméricos enrolados com diferentes perdas de torção. Os cabos A e B tinham um único núcleo e substancialmente as mesmas dimensões e construção.

[0081] O alongamento máximo tolerado pelos núcleos de cabos A e B era de 0,25%.

[0082] Em um cabo A com uma blindagem tendo elementos de tração poliméricos enrolados com uma perda de torção de 0,7%, o alongamento do condutor era inferior a 0,25%, enquanto que, em um cabo B com uma blindagem tendo elementos de tração poliméricos enrolados com uma perda de torção de 3%, o alongamento do condutor era de quase 0,3%.

[0083] Com a objetivo de alcançar um alongamento de cabo no núcleo de 0,25% no máximo durante a torção, o cabo A pode ser depositado a uma profundidade no mar de cerca de 3400 m, enquanto que o cabo B pode ser depositado a uma profundidade no mar de 2800 m, no máximo.

[0084] O cabo A da invenção atinge um alongamento no núcleo de 0,25% sob um uma carga maior do que o cabo B, assim um peso maior e, consequentemente, uma porção de comprimento maior de cabo A pode ser suspensa a partir de, por exemplo, um navio para atingir o fundo do mar.

[0085] Um cabo de acordo com a invenção tinha uma rigidez em flexão significativamente mais baixa do que um cabo com substancialmente as mesmas dimensões e construção, mas com uma blindagem feita de aço.

Claims (12)

1. Cabo (400, 500, 600) tendo uma blindagem de tração (410, 510, 610) compreendendo uma pluralidade de elementos de tração poliméricos alongados (11, 411, 511a, 511b, 611), em que pelo menos um dos elementos de tração poliméricos alongados (11, 411, 511a, 511b, 611) compreende um feixe (13) de fibras altamente resistentes à tração e uma camisa (12), em que o feixe (13) compreende fibras altamente resistentes à tração unidirecionais, estendendo-se ao longo de um eixo geométrico longitudinal do elemento de tração polimérico alongado (11, 411, 511a, 511b, 611), caracterizado pelo fato de que a camisa (12) retem estreitamente o feixe (13) de fibras altamente resistentes à tração e em que os elementos de tração poliméricos alongados (11, 411, 511a, 511b, 611) são arranjados com uma perda de torção de 0,4% a 1,0%, em que perda de torção é uma diferença porcentual entre um comprimento de torção de um elemento de tração polimérico alongado e o comprimento de trajeto efetivo do elemento de tração polimérico alongado filamentado ao longo de sua hélice.

2. Cabo (400, 500, 600) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que as fibras altamente resistentes à tração compreendem fibras tendo um módulo de Young entre 50 GPa e 200 GPa.

3. Cabo (400, 500, 600) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que os elementos de tração poliméricos alongados (11, 411, 511a, 511b, 611) dentro da camisa (12) não são quimicamente ligados à camisa (12).

4. Cabo (400, 500, 600) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que os elementos de tração poliméricos alongados (11, 411, 511a, 511b, 611) são arranjados com uma perda de torção de 0,4% a 0,9%.

5. Cabo (400, 500, 600) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a camisa (12) aloja o feixe (13) de fibras altamente resistentes à tração com uma compactação de 55% a 90%.

6. Cabo (400, 500, 600) de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que a camisa (12) aloja o feixe (13) de fibras altamente resistentes à tração com uma compactação de 60 a 80%.

7. Cabo (400, 500, 600) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a camisa (12) aloja dois feixes (13) em contato direto um com o outro.

8. Cabo (400, 500, 600) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o feixe (13) compreende fibras de aramida ou fibras de polietileno de peso molecular ultraelevado ou fibras de polímero de cristal líquido.

9. Cabo (400, 500, 600) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que as fibras altamente resistentes à tração dentro da camisa (12) têm uma densidade de 0,9 a 3 g/cm3.

10. Cabo (400, 500, 600) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a blindagem de tração (410, 510, 610) compreende uma camada de elementos de tração poliméricos alongados (11, 411, 511a, 511b, 611).

11. Método para fabricar um cabo (400, 500, 600) como definido na reivindicação 1, o método caracterizado pelo fato de que compreende o estágio de prover a camada de elementos de tração poliméricos alongados (11, 411, 511a, 511b, 611) por enrolamento dos mesmos com uma perda de torção de 0,4% a 1,0%, em que o feixe (13) compreende fibras altamente resistentes à tração unidirecionais, estendendo-se substancialmente ao longo de um eixo geométrico longitudinal do elemento de tração polimérico alongado (11, 411, 511a, 511b, 611).

12. Método de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que compreende o estágio de prover a camada de elementos de tração poliméricos alongados (11, 411, 511a, 511b, 611) por enrolamento dos mesmos com uma perda de torção de 0,4 a 0,9%.